Мы уже акцентировали внимание на том, что мозг следует воспринимать как систему с информационным входом, выходом и специальными механизмами, которые обеспечивают оптимальное соответствие действий на выходе информации на входе. Также мы подчеркивали, что верхние и нижние участки коры мозга содержат специализированные подсистемы, которые работают вместе, как части большего целого. Здесь напрашивается аналогия с компьютером — и в определенной степени эта аналогия подходит. Действительно, и мозг, и компьютер обрабатывают информацию: в обоих случаях входящая информация (например, от глаз к мозгу или с камеры на компьютер) сохраняется, преобразуется и становится объектом вычислительных манипуляций, в конечном счете формируя сигнал на выходе (например, произнесенное слово или изображение на экране).

Но мозг и компьютер отличаются способами обработки информации.

Компьютер имеет отдельный «центральный процессор», аппаратные средства, которые выполняют инструкции программы; отдельное оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, которое может быть увеличено путем добавления дополнительных чипов памяти) для быстрого доступа к данным; и жесткий диск или твердотельный накопитель, «вторую» или «складскую» память аппарата, где хранятся данные и программы (этот вид памяти сохраняет информацию, даже когда питание выключено). Мозг, напротив, не имеет однозначно обозначенного различия между центральным процессором и памятью. И структуры мозга, используемые для хранения информации в течение длительных периодов времени (аналогичные диску или твердотельным накопителям компьютера), также могут хранить информацию в течение короткого времени (по аналогии с ОЗУ компьютера).

Для иллюстрации хитросплетений взаимодействия систем верхнего и нижнего мозга мы можем использовать аналогию коммерческой пекарни с двумя этажами.

Давайте предположим, что осталась неделя до Дня благодарения. Пекарне нужно выпечь больше тыквенных пирогов, потому что потребительский спрос растет, как это бывает в праздники. На верхнем этаже находится руководство, которое планирует, сколько пирогов и других хлебобулочных изделий следует выпечь.

Их планы должны учитывать различные виды информации, например, время года, день недели и наличие конкретных ингредиентов (таких как тыквы). Затем они размещают заказы на ингредиенты.

По мере приближения праздничного дня руководители отслеживают продажи, предварительные заказы и другие показатели и решают, сколько пирогов из тыквы требуется выпечь. Они формулируют планы на основе своих ожиданий, реализуют их, а затем пересматривают свои планы по мере поступления новой информации.

В то же время на нижнем этаже множество работников проверяют, получены ли тыквы, мука, сахар и другие ингредиенты, сортируют их, следят, чтобы они были свежими (и выбрасывают любые испорченные ингредиенты), отправляют их в соответствующие смесители и печи, и так далее. Они организуют то, что поступает из внешнего мира, сортируют это по категориям и решают, как их употребить.

Если бы этажи не взаимодействовали, никаких тыквенных пирогов (или хлеба, или других хлебобулочных изделий) не получилось бы. Но они взаимодействуют. Планы, сформулированные на верхнем этаже, передаются рабочим, находящимся ниже, так, чтобы они были готовы к приему определенных ингредиентов и отслеживали определенную информацию. И затем результаты усилий по выпечке и отслеживанию информации внизу (в том числе информация о продажах) отправляются обратно на верхний этаж, так что руководители могут узнать, насколько хорошо реализуются их планы, и скорректировать их соответствующим образом.

Что происходит, когда продажи тыквенных пирогов идут не так хорошо, как ожидалось? Эта информация, отслеживаемая на нижнем этаже продавцами, передается руководителям наверх. Затем руководители оценивают, сколько пирогов необходимо сделать на следующий день, и соответственно заказывают меньше тыкв и других ингредиентов.

Рабочих внизу предупредят, что сегодня должно поступить меньше первичных продуктов для пирогов. Затем эти рабочие сообщают на верхний этаж о фактически прибывшем количестве продуктов. Если какой-то ингредиент доставили сверх или меньше ожидаемого количества, то руководители связываются с его поставщиками (поставщиками тыквы, муки, сахара и т.д.) и настаивают, что пекарня не будет платить за ингредиенты сверх заказа и т. п.

Давайте вернемся к мозгу и рассмотрим следующий пример. Вы хотите выйти в Интернет, поэтому система верхнего мозга сначала помогает вам сформулировать план: включить компьютер и после его включения открыть ваш браузер. Затем вы ожидаете увидеть экран регистрации; а когда он появляется (и фиксируется системой нижнего мозга), следует ввести пароль. Когда вы начинаете печатать, система верхнего мозга не только генерирует команды для управления пальцами, но и предвосхищает, что именно вы должны увидеть, когда появляется каждая буква. Она получает сигнал от нижнего мозга о том, какая буква появляется, и замечает, если неожиданно появляется неверная буква — и если этот так, — пересматривает план и исправляет ошибку.

Однако мы не хотим преуменьшать вклад системы нижнего мозга. Когда вы смотрите на экран монитора, система нижнего мозга преобразует пиксели в паттерны, которые соответствуют словам и изображениям; затем сравнивает эти паттерны со всеми образами, виденными вами раньше; если она находит соответствие, то применяет к данному случаю информацию, которую вы ранее связывали с идентифицированным объектом или паттерном. Например, когда вы видите круг с косой диагональной линией, вы знаете, что это означает «запрещено», потому что вы видели этот символ раньше и его значение было сохранено в вашей памяти. Когда ваша система нижнего мозга сопоставляет сигнал от ваших глаз с этим сохраненным паттерном, вы можете учесть информацию, которую вы ранее связали с ним, и в текущей ситуации.

Более того, эмоциональная окраска, связанная с объектом, который производит этот сигнал, поможет вам принять решение о приоритетных действиях. Если вы столкнулись с тем, что представляет для вас ценность (например, купюра в сотню долларов на тротуаре) или вызывает отвращение (собачьи экскременты там же), ваше текущее поведение может быть прервано для того, чтобы выбрать новое приоритетное действие (наклониться, чтобы поднять деньги, или отойти в сторону, чтобы не наступить на собачьи экскременты).

И дело не в том, что система верхнего мозга просто использует сигнал от системы нижнего мозга как часть обратной связи о последствиях действий по плану; ожидания, просчитанные системой верхнего мозга, могут влиять на систему нижнего мозга так, что та будет классифицировать сигналы определенным образом. То есть верхний мозг регулирует расчеты нижнего мозга таким образом, что он может легко воспринимать то, что ожидается. Например, фермер, ищущий своих коров в сумерках, даже мимолетную тень подходящего размера может принять за корову. Почему? Ожидания фермера, созданные системой верхнего мозга, настроили систему нижнего мозга классифицировать подобный сигнал как корову — и эта преднастройка настолько сильна, что относительно слабого входного сигнала достаточно, чтобы распознать его как ожидаемый объект.

Кроме того, система нижнего мозга полагается на структуры верхнего мозга при интерпретации окружающего мира. Нижний мозг автоматически классифицирует объекты и интерпретирует сцены и разворачивающиеся события путем сопоставления их с информацией, ранее сохраненной в памяти. Но иногда мы сталкиваемся с объектами и событиями, которые в сочетании не соответствуют ничему знакомому; мы можем быть знакомы с каждым объектом по отдельности, но не с таким их сочетанием.

Скажем, вы видите парня, прыгающего на одной ноге, с носками на обеих руках, и при этом поющего «Прекрасная Америка». Система нижнего мозга распознает каждую из деталей и отправляет информацию верхнему мозгу, который затем пытается интерпретировать этот набор данных. Похоже на обряд посвящения в какое-то студенческое братство, рассуждает он. Верхний мозг может создать план, чтобы подтвердить или отклонить эту гипотезу. Скажем: стоит посмотреть на молодых людей неподалеку, которые могут быть членами предполагаемого братства, наблюдающими за этой сценой. При этом верхний мозг повлияет на нижний мозг, облегчив ему задачу опознания людей в качестве представителей братства. Несомненно, эти две системы взаимодействуют.

В зависимости от ситуации подобная работа мозга может происходить в течение длительного периода времени или в мгновение ока. Давайте посмотрим на когнитивные функции, задействованные в ситуации, когда пилот реактивного самолета возвращается на авианосец. Летчику, когда он подлетает к взлетно-посадочной полосе на палубе, авианосец видится размером примерно с почтовую марку. Пилот осторожно управляет самолетом, замедляя его и готовя к приземлению (все это в соответствии с планами, составленными системой верхнего мозга). При этом он ожидает увидеть изменения образа палубы: она должна увеличиться в размерах по мере приближения к ней самолета. Но если изменение (первоначально зарегистрированное в системе нижнего мозга) не соответствует ожиданиям (это регистрируется в системе верхнего мозга), пилоту придется пересмотреть свой план.

Например, был неправильно настроен или неисправен контроль посадки, и самолет не начал снижать скорость. А если система нижнего мозга зафиксирует, что взлетно-посадочная полоса на палубе увеличивается в размерах гораздо быстрее, чем ожидалось, то немедленно передаст эту информацию системе верхнего мозга. В ответ процессы в системе верхнего мозга заставят пилота проверить элементы управления и попытаться найти причину этого сбоя. Ему, возможно, придется прервать посадку и набрать высоту. А затем авиадиспетчеры помогут ему справиться с этой ситуацией.

Мгновенные решения, которые принимает пилот, выполняющий посадку, служат доказательством сплоченной работы двух систем мозга. Без взаимодействия этих систем пилот никогда не смог бы поднять самолет в воздух, не говоря уже о том, чтобы благополучно его посадить.

Как мы разобрали в главе 3, системы верхнего и нижнего мозга соединены многочисленными связями. Например, большой дугообразный пучок нервных волокон проходит от височной доли к отделам лобных долей, участвующим в продуцировании речи. Множество связей имеется между областями височных долей, обеспечивающих память, и различными областями системы верхнего мозга. Очевидно, что эти две системы мозга представляют собой интегрированное целое. Как мы увидим в следующей главе, особенности взаимодействия между системами верхнего и нижнего мозга приводят к появлению четырех возможных когнитивных режимов. Эта тема останется в фокусе нашего внимания до конца книги.