Подумайте об этом: мозг заперт внутри костного черепа. У него нет прямого доступа к окружающему миру. У него нет прямого доступа даже к собственному телу. Все, что мозг получает, – это электрические сигналы от разных органов чувств: глаз, ушей и так далее. Эти сигналы зашумлены и противоречивы, но, тем не менее, мозг должен каким-то образом решить, что все это значит.

Еще в XIX веке немецкий физиолог Герман фон Гельмгольц выдвинул гипотезу, что мозг как бы делает предсказание. Он объединяет сенсорную информацию, поступающую из окружающего мира, с предварительными предположениями (или ожиданиями) относительно того, каков этот мир. Это приводит к «лучшей догадке» о том, что вызвало сенсорные сигналы, – вот что мы и воспринимаем сознательно.

Поначалу эту концепцию непросто принять на веру, но ее довольно легко проиллюстрировать с помощью простой зрительной иллюзии – иллюзии с тенью на шахматной доске (иллюзия тени Адельсона) (см. рис. 2.2).

На первый взгляд клетки, обозначенные A и B, выглядят как разные оттенки серого цвета. Однако в действительности они одинаковы. Дело в том, что мозг использует свое прежнее знание о том, что тень, падающая на поверхность, делает эту поверхность темнее. В сочетании с тем фактом, что мы ожидаем, что клетка B будет того же цвета, что и все остальные клетки по диагонали, мозг прогнозирует, что в «реальном мире» клетка B должна быть светло-серой. В результате мозг воспринимает ее как светло-серую, но слегка затемненную тенью. Этот эффект настолько силен, что даже демонстрация иллюзии не меняет восприятия.

Рис. 2.2. Иллюзия с тенью на шахматной доске (иллюзия тени Адельсона)

Подобные воззрения круто меняют наше понимание работы мозга. С этой точки зрения, представление о том, что чувства достоверно записывают происходящее извне и информируют об этом мозг, неверно; на самом деле наиболее тяжелую часть работы по восприятию осуществляют связи, идущие от мозга обратно к сенсорным поверхностям. Другими словами, содержание нашего осознанного восприятия в значительной степени сконструировано мозгом: это своего рода «контролируемая галлюцинация», в которой наши перцептивные гипотезы постоянно корректируются сенсорными сигналами, поступающими из внешнего мира.

Если говорить о физических основах этих процессов, растет число доказательств того, что перцептивные гипотезы и нисходящие связи оказывают большое влияние на сознательное восприятие. Еще в 2001 году нейробиологи Винсент Уолш и Альваро Паскуаль-Леоне попросили испытуемых следить за движущимися точками, в то время как экспериментаторы препятствовали деятельности мозга с помощью транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС). При воздействии на нисходящие связи (идущие сверху вниз или изнутри наружу) они обнаружили, что испытуемые больше не видели движение точек. Следовательно, чтобы понимать, что происходит во внешнем мире, мозгу нужны его внутренние «предсказания».

Недавно Ларс Мукли и его коллеги из Университета Глазго показали, что функциональную МРТ (измеряет метаболическую активность, или кровоток в мозге) можно использовать, чтобы «декодировать» тип изображения, на которое смотрит человек. Что особенно важно, они смогли декодировать эту информацию даже из области зрительной коры, которая не получала никаких входящих сенсорных данных, а это значит, что информация должна основываться на нисходящих прогнозах, приходящих из других частей мозга.

Другое недавнее исследование связало перцептивные гипотезы с так называемым альфа-ритмом в мозге. Это заметное колебание мозговой активности (мозговая волна) частотой примерно 10 герц (10 колебаний в секунду), особенно выраженное в затылочных отделах мозга, где расположена зрительная кора. Исследование, проведенное в Центре им. Терезы Саклер при Университете Сассекса, показало, что влияние перцептивных предсказаний на восприятие зависит от фазы альфа-цикла: на пике волны влияние больше, чем в ее низшей точке.

Какие возможности дает нам сознание чего-либо? Это может показаться очевидным, но когда мы что-то сознаем, мы можем вести себя очень гибко. Если я вижу чашку кофе, я могу игнорировать ее, взять или бросить ее в стену – все, что только захочу. Как утверждает влиятельное направление исследований под названием «теория глобального рабочего пространства», эта гибкость возникает благодаря тому, что все содержание нашего сознания в каждый отдельный момент широко «транслируется» в различные области мозга, позволяя человеку реагировать всеми возможными способами (см. «Модель глобального рабочего пространства сознания»). Фактически многие сторонники этой теории утверждают, что процесс «трансляции» и является самим сознанием.

Для изучения связи между сознательным восприятием и глобальной «трансляцией» можно сравнить активность мозга, вызванную осознанно видимым стимулом (например, буквой «А», четко предъявляемой на экране), с активностью, вызванной тем же стимулом, но не доходящим до сознания. Существует множество способов осуществления этого, например с помощью метода маскировки, при котором целевой стимул предъявляется очень кратко и сразу же сопровождается пустым стимулом. Многие эксперименты, где использовали этот метод, показали, что, когда испытуемые сообщают о сознательном восприятии, большая область коры – так называемая лобно-теменная сеть – активируется. Это свидетельствует в пользу теории глобального рабочего пространства, в которой лобно-теменную сеть связывают с рабочим пространством. Тем не менее, некоторые недавние открытия, в том числе упомянутая ранее «горячая точка» задней коры головного мозга, бросают вызов этой теории.

Содержание нашего сознательного опыта постоянно претерпевает изменения. Модель глобального рабочего пространства, которую в 1988 году предложил Бернард Баарс из Института нейронаук в Сан-Диего (Калифорния), пытается описать, как происходят эти изменения.

Баарс предполагает, что неосознаваемые переживания обрабатываются локально в отдельных участках мозга, при этом мозг также отслеживает происходящее в теле и в памяти. Различные аспекты наших постоянно меняющихся переживаний осознаются только тогда, когда эта информация передается в сеть нейронов, распределенных по многим разным областям мозга – «глобальное рабочее пространство». Это отражается в мгновенной скоординированной активности мозга, и наши переживания становятся содержанием сознания.

Рис. 2.3. Транслирующееся сознание: глобальное рабочее пространство предполагает, что сознание рождается из высоко координированной и широко распространенной деятельности мозга

В поддержку этой теории говорят результаты так называемых экспериментов по бинокулярной конкуренции, которые служат хорошим доказательством того, что мозг действительно активно выбирает, какую информацию отправить в наше сознание. Обычно оба глаза видят одну и ту же картину, поэтому мозг легко объединяет два монокулярных изображения в целостную картину. Но если правому и левому глазу предъявить различные изображения, мозг разрешит этот конфликт, позволив вам видеть только одно изображение в один момент времени. Иными словами, вы будете осознавать либо изображение от левого глаза, либо изображение от правого глаза, но не оба изображения одновременно.

Что действительно происходит в мозге, когда мы осознаем нечто, все еще выясняют, и нам предстоит многое узнать. Но кажется все более вероятным, что наше переживание «реальности» на самом деле является своего рода контролируемой галлюцинацией, генерируемой мозгом и обновляемой на лету.

Похоже, что в случае сознания мозг делает именно это – как бы на время придерживает мысль. Недавние исследования показали, что осознанное восприятие требует устойчивой активности мозга в течение сотен миллисекунд. Эту отличительную характеристику мозговых волн можно использовать, чтобы различать уровни нарушения сознания у людей с черепно-мозговыми травмами.

Нейробиологи считают, что для сознания необходимо, чтобы нейроны возбуждались, продуцируя устойчивый паттерн мозговой активности. Точный характер паттерна зависит от характера сенсорной информации, но, как только информация вошла в обработку, мозг должен сохранять стабильный паттерн в течение короткого периода времени – как будто ему нужно мгновение, чтобы считать информацию.

В 2009 году Аарон Шургер из Федеральной политехнической школы Лозанны проверил эту теорию, просканировав мозг 12 испытуемых методом фМРТ. Испытуемым показывали два изображения одновременно, по одному для каждого глаза. Один глаз видел красную линию на зеленом фоне, а другой – зеленую на красном. В результате этого смешения испытуемые иногда осознанно воспринимали рисунок, а иногда нет.

Когда люди сообщали, что видят рисунок, сканирование в среднем показывало, что их мозговая активность стабильна. Когда же они говорили, что ничего не видят, активность была более вариабельна. Шургер и его коллеги повторили эксперимент, используя электроэнцефалографию и магнитоэнцефалографию, измеряющие электрические и магнитные поля, генерируемые деятельностью мозга. Эти методы обеспечивают более высокое временно́е разрешение, чем фМРТ, что позволило исследователям увидеть, как в течение нескольких миллисекунд в пределах одного мозга изменяется паттерн активности.

Основываясь на предыдущем эксперименте, исследователи ожидали, что активность мозга испытуемых стабилизируется и останется таковой в течение сотен миллисекунд в случае, если они сообщат, что видят рисунок, а иначе будет изменчивой.

Затем ученые опробовали свой метод на 116 пациентах с нарушениями сознания. Пациентам в состоянии минимального сознания, в вегетативном состоянии и только что вышедшим из комы проигрывали звуковой тон, при этом регистрировалась активность их мозга. Оказалось, что чем выше была степень осознанности пациента, тем выше была степень устойчивости их мозговой активности.

Данная работа подтверждает и дополняет теорию нейронного глобального рабочего пространства сознания.