Как в мозге появляется сознание и как бессознательное управляет нами
Сейчас появилась возможность читать и исследовать наши мысли, расшифровывая схемы мозговой активности. Например, можно определить, находится ли в сознании пациент, пребывающий в вегетативном состоянии. Мы также можем исследовать сны и узнавать, действительно ли они были такими, как мы их помним, или же это пересказ, сочиненный нашим мозгом после пробуждения. Кто просыпается, когда пробуждается сознание? Что происходит в этот момент?
Подобно времени и пространству, сознание – это то, с чем мы все хорошо знакомы, но затрудняемся определить. Мы ощущаем сознание и чувствуем его в других людях, но почти невозможно объяснить, из чего оно состоит. Оно так неуловимо, что многие обращаются к разным формам дуализма, придумывая нефизическую и непространственную сущность, олицетворяющую собой сознательный разум.
Лавуазье и жар сознания
Один из лучших французских ученых был гильотинирован восьмого мая 1794 года отрядами Максимилиана Робеспьера после обвинения в измене. Антуану Лавуазье было пятьдесят лет, и среди его богатого наследия остался «Начальный учебник химии», которому было суждено изменить мировой экономический и общественный порядок.
В зените промышленной революции паровой мотор стал двигателем экономического прогресса. Теплофизика, которая до тех пор была предметом интеллектуального любопытства, заняла в нем центральное место. Предприниматели той эпохи стремились улучшить производительность паровых механизмов. Опираясь на исследования Лавуазье, Николя Леонар Сади Карно в своих изощренных «Размышлениях о движущей силе огня» схематично описал принцип идеальной тепловой машины.
С высоты наших современных знаний мы видим нечто эксцентричное в этом научном эпосе, напоминающем нынешнюю ситуацию с человеческим сознанием. Лавуазье и Карно не имели ни малейшего понятия о том, что такое тепло. Хуже того, они застряли в промежутке между мифами и ошибочными концепциями. К примеру, они считали тепло флюидом под названием флогистон, который перетекает от более теплого тела к более холодному. Сейчас нам известно, что тепло – это следствие возбужденного состояния молекул вещества. Для людей, сведущих в этом предмете, идея теплового флюида выглядит ребяческой и почти абсурдной.
Что подумают будущие специалисты в области сознания о наших теперешних идеях? Современная нейронаука достигла уровня понимания где-то на полпути между Лавуазье и Карно. Паровые машины изменили мир XVIII века почти так же, как компьютеры и «мыслящие машины» изменяют наш мир. Будут ли эти новые машины наделены чувствами? Будут ли они иметь собственную волю, понятия, цели и желания? Будут ли они обладать сознанием? Как это было с теплом в XVIII веке, наука должна обеспечить быстрые ответы для понимания природы сознания и ее фундаментального субстрата, о котором мы до сих пор практически ничего не знаем.
Психология в предыстории нейронауки
Мне нравится думать о Зигмунде Фрейде как о Лавуазье в исследованиях сознания. Великая догадка Фрейда состоит в том, что сознательное мышление – это лишь верхушка айсберга и что человеческий разум является надстройкой на вершине подсознания. Сознательно мы можем только оценивать выводы, итоги и действия, которые совершаются мощным параллельным устройством подсознательной мысли. Фрейд совершил это открытие вслепую, наблюдая отдаленные и косвенные проявления сознания. В наши дни подсознательные мозговые процессы можно наблюдать в реальном времени с высоким разрешением.
Масса работ Фрейда и почти все его интеллектуальное наследие основаны на концепциях психологии. Но с течением времени он также сформулировал нейрофизиологическую теорию умственных процессов. Такая последовательность логична. Для понимания дыхания пульмонолог анализирует работу бронхиол и причины их воспаления.
Наблюдение структуры и функционирования сплетений нейронов головного мозга – естественный путь для желающих разобраться в природе человеческой мысли.
Зигмунд Фрейд, блестящий профессор-невропатолог и основатель психоанализа, в одном из первых трудов, посмертно опубликованном под названием «Проект научной психологии», назвал свою цель: «Создание психологии – естественной науки с объяснением психических процессов как количественных состояний, определяемых видимыми материалами нервной системы». Он добавил, что частицами, составляющими психическое вещество, являются нейроны. Эта последняя догадка, о которой известно немногим, подтверждает великолепную интуицию Фрейда.
В последние годы XIX века состоялась жаркая дискуссия между двумя учеными: Сантьяго Рамон-и-Кахалем и Камилло Гольджи. Кахаль утверждал, что мозг состоит из взаимосвязанных нейронов. Гольджи, напротив, полагал, что мозг имеет ретикулярное строение, наподобие непрерывной сети. Эта эпическая научная баталия разрешилась с помощью микроскопа. Великий экспериментатор Гольджи изобрел технику окрашивания (ныне известную как «метод Гольджи»), чтобы видеть ранее невидимые вещи. Красящее вещество добавляло контраст серым краям на сером фоне мозговой ткани, делало их видимыми под микроскопом и яркими, как золото. Кахаль пользовался той же методикой. Но он был чрезвычайно умелым и наблюдательным рисовальщиком, и там, где Гольджи видел сплошной континуум, Кахаль замечал совсем другое: отдельные частицы (нейроны), которые едва соприкасались. Хотя эти заклятые соперники сокрушили образ науки как мира объективных истин, они вместе получили первую Нобелевскую премию по физиологии. Это один из прекрасных примеров торжества науки, когда две противоборствующие идеи сходятся в получении высшей награды.
С тех пор прошло много лет. Появились гораздо более мощные микроскопы, и теперь мы знаем, что Кахаль был прав. Его работа легла в основу нейронауки, которая изучает нейроны и орган, состоящий из этих нейронов, со всеми идеями, мечтами, словами, желаниями, стремлениями, решениями и воспоминаниями, которые они производят. Но когда Фрейд начал «Проект научной психологии» и обрисовал модель мозга как сети взаимосвязанных нейронов, дискуссия между ретикулярной и нейронной гипотезами была еще далека от разрешения.
Фрейд понимал, что для естественной науки о мышлении еще не сформировались подходящие условия, поэтому сам он вряд ли смог бы развивать идеи своего «Проекта». Но мы, наследующие его работы, больше не движемся вслепую и можем принять эстафету. Возможно, настало время для Проекта по созданию психологии, основанной на биологии мозга.
Фрейд, работающий во мраке
В своем «Проекте» Фрейд создал схему первой в истории науки нейронной сети. Эта сеть воплотила в себе сущность более изощренных моделей, которые сегодня имитируют мозговую архитектуру сознания. Она состояла из трех типов нейронов – фи, пси и омега, – функционировавших как гидравлическое устройство.
Фи (Ф) – это сенсорные нейроны, образующие жесткие контуры, которые создают стереотипные реакции, такие как рефлексы. Фрейд предсказал свойство этих нейронов, которое сегодня подтверждено массой экспериментальных доказательств: они живут в настоящем. Ф-нейроны срабатывают быстро, поскольку имеют проницаемые оболочки, высвобождающие давление вскоре после его получения. Таким образом они кодируют полученный стимул и почти мгновенно «забывают» о нем. Фрейд заблуждался в том, что касается физической природы передачи сигнала: нейроны работают на электричестве, а не на гидравлике. Но принцип почти тот же: нейроны первичной зрительной коры в биофизическом смысле характеризуются быстрой зарядкой и разрядкой.
Ф-нейроны также следят за состоянием нашего внутреннего мира. К примеру, когда тело регистрирует обезвоживание, они создают ощущение жажды. То есть эти нейроны передают задачу, своего рода raison d’être – в данном случае необходимость в поиске воды, но они не обладают памятью или сознанием.
Затем Фрейд представил другой тип нейронов, названный пси (ψ) – нейронами. Они способны создавать воспоминания и позволяют нейронной сети отстраняться от непосредственно происходящих событий. ψ-нейроны имеют непроницаемые оболочки, в которых отдельно накапливается и хранится история наших ощущений.
Сейчас нам известно, что работа нейронов теменной и лобной коры, отвечающих за рабочую память (например, когда вы в течение нескольких секунд запоминаете чей-то адрес или номер телефона), совпадает с предположением Фрейда. Правда, вместо непроницаемой оболочки они поддерживают активность через механизм обратной связи, позволяющий восстанавливать заряд, который они непрерывно теряют. Однако долговременная память (например, детские воспоминания) устроена совсем не так, как предполагал Фрейд.
Это сложный механизм, но в основном память сохраняется в схемах нейронных связей и в их структурных изменениях, а не в динамике электрического заряда. Это создает гораздо более стабильную и менее энергоемкую систему.
Фрейд оказался провидцем, предвосхитив другую головоломку. Сознание основано на предыдущем опыте и представлениях о будущем, поэтому оно не может быть подключено к системе Ф-нейронов, которая систематизирует только непосредственные события. А поскольку содержимое сознания – проще говоря, наши мысли – постоянно изменяется, то оно не может соответствовать системе ψ-нейронов, которая не изменяется со временем. Тогда, с явным раздражением, Фрейд описал новый тип, который он назвал омега (Ω) – нейронами. Эти нейроны, как и нейроны памяти, могут накапливать заряд со временем и организовываться в эпизоды. Гипотеза Фрейда состояла в том, что активация этих нейронов связана с осознанием, что они могут объединять события во времени и перескакивать (наподобие игры в классики) между состояниями в ритме внутренних часов.
Мы убедимся, что такие часы действительно существуют в нашем мозге и организуют сознательное восприятие как последовательность кадров в киносъемке.
Как мы узнаем в конце главы, существование этих часов может объяснить любопытную и распространенную иллюзию, которую не мог увидеть Фрейд: к примеру, почему, когда мы наблюдаем за автогонками, иногда кажется, что колеса вращаются в обратном направлении?
Свобода воли встает с кушетки
Одна из самых мощных идей в нейронной теории Фрейда была лишь слегка обозначена в его «Проекте». Ф-нейроны (ощущения) активируют ψ-нейроны (память), которые, в свою очередь, активируют Ω-нейроны (осознание, awareness). Иными словами, осознание возникает в подсознательных, а не в сознательных нейронных контурах. Эта схема лежит в основе трех взаимосвязанных идей, сыгравших решающую роль в исследовании сознания.
(1) Почти вся психическая активность является бессознательной.
(2) Бессознательное – истинный двигатель наших поступков.
(3) Сознательный разум воспринимает и, до определенной степени, распоряжается сигналами, поступающими от бессознательного. Таким образом, не сознание – подлинный автор наших осознанных действий. Но оно способно редактировать, видоизменять и цензурировать их.
Через сто лет эта триада наполнилась реальным содержанием благодаря экспериментам на мозге, описывающим и подвергающим сомнению понятие свободы воли. Существует ли иной выбор, когда мы принимаем решение? Или все уже предопределено и у нас есть лишь иллюзия контроля?
Свобода воли вышла на научную сцену в начале 1980-х годов, после основополагающего эксперимента, проведенного Бенджамином Либетом. Первая хитрость заключалась в том, чтобы ограничить свободу выражения и свести ее к рудиментарной форме: человек выбирал, когда нажать кнопку. Получалось элементарное действие: да или нет. Это простая и минимальная степень свободы, но все же это свобода. В конце концов, каждый из нас волен нажать на кнопку, когда захочет. Или нет?
Либет понял, что для ответа на эту принципиально важную загадку ему придется одновременно регистрировать три параметра.
Во-первых, тот момент, когда испытуемый, предположительно свободный в своих действиях, считает, что он принял решение. Представьте, что вы стоите на трамплине и размышляете, стоит ли нырнуть в бассейн. Процесс может быть долгим, но есть четко определенный момент, когда вы решаете прыгнуть. Заменив головокружительный трамплин обычной кнопкой, Либет с помощью высокоточного хронометра регистрировал момент, когда участники считали, что принимают решение нажать на нее. Это измерение отражает субъективную убежденность – историю о нашей свободной воле, которую мы себе рассказываем.
Либет также регистрировал мышечную активность участников, чтобы точно определить, когда они пользовались своей предполагаемой свободой и нажимали на кнопку. Он обнаружил небольшой промежуток (около 1/3 секунды) между моментом, когда они считали, что приняли решение, и нажатием. Это логично отражает скорость передачи моторного сигнала, необходимого для того, чтобы выполнить действие. Для измерения активности мозга он использовал электроэнцефалограмму (ЭЭГ); несколько маленьких электродов, прикрепленных к коже головы.
Выдающееся открытие Либета было совершено при измерении этого третьего параметра. Он обнаружил след мозговой активности, позволивший ему определить момент, когда участники принимали решение нажать кнопку. След появлялся за полсекунды до того, как они осознавали свое намерение. Это была первая демонстрация в истории науки, когда наблюдатель смог зарегистрировать мозговую активность для предсказания намерений другого человека – иными словами, для того, чтобы читать его мысли.
Эксперимент Либета открыл целую область исследований, породившую бесчисленное количество новых вопросов, подробностей и возражений. Здесь мы рассмотрим лишь три вопроса. Первые два легко решаются, а третий открывает путь к сфере, в которой мы еще знаем очень мало.
Основное критическое соображение (высказанное самим Либетом и другими учеными, продолжившими его работу) состоит в том, что момент принятия решения не всегда бывает ясным. Кроме того, его метод допускал определенную неточность при регистрации. Второе возражение состоит в том, что принятию решения предшествует процесс подготовки. Человек может принять позу ныряльщика еще до того, как решит нырнуть в бассейн. Многие из нас уходят с трамплина, так и не совершив прыжок. Возможно, Либет на самом деле наблюдал за подготовительной работой мозга перед принятием решения.
Эти два возражения снимает современный вариант эксперимента, проведенный Джоном Диланом Хайнесом в 2008 году. Он добавил два тонких, но решающих отличия. Прежде всего, точность измерения была улучшена благодаря использованию магнитного резонанса вместо электроэнцефалограммы с меньшим количеством каналов, что обеспечило высокую четкость расшифровки состояний мозга.
Во-вторых, участники получили больше свободы действий: теперь они могли выбирать между двумя кнопками. Это позволило Хайнесу отличить выбор (левая или правая кнопка) от действия (момент нажатия одной из кнопок).
С добавлением второй кнопки и появлением новой технологии поиск бессознательного источника нашего вроде бы свободного и осознанного принятия решений стал гораздо более эффективным. На основе паттерна активности участков лобной коры появилась возможность расшифровать содержание решения за десять секунд до того, как человек чувствовал, что принимает его. Область мозга, размечающая наши будущие действия, очень велика, но включает участок, лежащий спереди и посередине, с которым мы уже знакомы: поле Бродмана № 10, координирующее внутренние состояние с внешним миром. Иными словами, когда человек действительно принимает решение, он не знает, что фактически оно уже было принято несколько секунд назад.
Более трудная проблема, связанная с экспериментом Либета, – понимание того, что происходит, если кто-то осознанно решает нажать кнопку, но затем намеренно останавливается. Иными словами, сознание не обладает ни возможностью, ни свободой воли, чтобы запустить выполнение действия, – это задача бессознательного. Но когда действие становится наблюдаемым, сознание может изменить или вообще остановить его. В данном сценарии сознание выступает в роли своеобразного предварительного просмотра наших действий, чтобы фильтровать и корректировать их.
Если кто-то в эксперименте Либета решил нажать на кнопку, а затем изменил свое мнение, можно наблюдать ряд мозговых процессов. Первый процесс определяет намерение действия, которое не будет осуществлено. Второй включает систему мониторинга и цензурирования, управляемую другой структурой в лобной коре мозга, о которой мы уже упоминали, – передней поясной извилиной.
Можно ли сказать, что осознанное решение остановить действие тоже берет начало в бессознательном источнике? Насколько мне известно, это остается загадкой. Суть проблемы обрисована в стихотворении Борхеса о шахматных фигурах:
Бог движет игроком, который двигает фигуру.
Но что за Бог, стоящий за спиной у Бога,
Организует план в пыли времен, средь снов и упований?
В этом бесконечном повторении намерений, управляющих другими намерениями (решение нырнуть в бассейн, колебание и решение остановиться, потом другое решение, которое успокаивает страх, чтобы могло осуществиться первое решение…), возникает замкнутая петля – способность мозга наблюдать за собой. И, как мы увидим дальше, вполне возможно, что эта петля лежит в основе концепции сознания.
Толкователь сознания
Два полушария мозга соединены мощной структурой нейронных волокон – мозолистым телом. Оно похоже на систему мостов, направляющих движение транспорта между двумя половинами города, разделенного рекой; без мостов город окажется расколотым надвое. Без мозолистого тела полушария мозга изолированы друг от друга. Несколько лет назад с целью избавления от некоторых видов эпилепсии, устойчивых к фармакологическому лечению, пациентов подвергали каллозотомии – хирургической процедуре, в ходе которой полушария мозга оказывались отделены друг от друга. Эпилепсия – в определенной мере проблема взаимосвязанности мозга, которая приводит к циклам нейронной активности, взаимно подкрепляющим друг друга. Каллозотомия прерывает движение токов внутри мозга и представляет собой драматичный, но эффективный способ прекращения этих циклов, а значит, и эпилептических припадков.
Что происходит с языком, эмоциями и решениями тела, управляемого двумя полушариями, когда они теряют связь друг с другом? Обстоятельный ответ, позволяющий понять распределение функций между полушариями, в 1981 году принес Роджеру Сперри Нобелевскую премию, которую он разделил с Торстеном Визелем и Дэвидом Хьюбелом. Вместе со своим учеником, Майклом Газзанигой, Сперри совершил необыкновенное открытие, которое, как и эксперимент Либета, изменило наше понимание того, как работает сознание и как мы конструируем реальность.
Без мозолистого тела информация, доступная одному полушарию, оказывается недоступной для другого. Поэтому каждое полушарие создает свое описание реальности, причем оба варианта существуют в одном теле. Правое полушарие видит только левую половину мира и контролирует левую часть тела, и наоборот. Кроме того, некоторые когнитивные функции во многом сводятся к работе одного полушария. Типичные примеры – язык (левое полушарие) и способность рисовать и представлять объект в пространстве (правое полушарие). Поэтому, если пациентам с разделенными полушариями показывают предмет, который находится на левой стороне их зрительного поля, они могут нарисовать его, но не могут назвать. Если объект находится на правой стороне их зрительного поля, он может быть назван, но не изображен.
Великим открытием Сперри стало понимание того, как наше сознание создает описание мира. Представьте следующую ситуацию: пациентам с разделенными полушариями дают инструкцию на левой стороне их зрительного поля: например, что они получат вознаграждение, если поднимут бутылку воды. Поскольку эта инструкция представлена в левом поле, она доступна лишь для правого полушария. Пациент поднимает бутылку. Потом в другое полушарие поступает вопрос, почему он это сделал. Каким будет ответ? С точки зрения левого полушария, которое не видело инструкцию, правильным ответом будет «Не знаю». Но пациенты поступают по-другому: они выдумывают подходящую историю. Они находят причины и говорят, что им захотелось пить или что они хотели налить воды кому-то другому.
Левое полушарие сочиняет правдоподобную историю с целью оправдать действие пациента, так как реальный мотив поступка для него недоступен. Поэтому сознательный разум выступает не только в роли ведущего, но и в роли толкователя, сочинителя истории, задним числом объясняющей наши часто необъяснимые поступки.
«Представлементы»: свобода самовыражения
Наверное, самый поразительный аспект этих вымышленных историй, сочиняемых пациентами с разделенными полушариями, – они не являются умышленными фальсификациями ради того, чтобы скрыть неведение. Истории правдивы для тех, кто их выдумывает. Способность сознания выступать в роли интерпретатора и сочинять события проявляется гораздо чаще, чем мы думаем.
Группа шведов из Лунда, неподалеку от Истада, где сыщик Курт Валландер по-своему работает с загадками разума, придумала более зрелищный вариант эксперимента с интерпретацией. Эти шведы не только ученые, но и фокусники. Они хорошо знают, как повлиять на выбор зрителей, чтобы те поверили в иллюзии во время представления, и заставить их думать, будто они приняли совершенно свободное решение в ходе эксперимента. Такой способ проверки свободы воли – аналог проекта Либета в области шоу-бизнеса.
Эксперимент, или фокус (здесь это одно и то же), выглядит так: людям показывают две карточки с лицами разных женщин. Они должны решить, какая из женщин более привлекательна, а потом, глядя на фото, обосновать свой выбор. На первый взгляд, все очень просто. Но иногда ученый, одновременно выступающий в роли фокусника, дает участнику не ту карточку, которую тот выбрал. Экспериментатор использует ловкость рук, чтобы подмена осталась незамеченной. И тогда происходит нечто необыкновенное. Вместо того чтобы сказать: «Извините, я выбрал другую карточку», большинство участников начинает приводить аргументы в пользу выбора, которого они не совершали. Они прибегают к выдумкам; наш мозг опять сочиняет ретроспективную историю для объяснения неизвестных ему событий.
В Буэнос-Айресе мы с моим коллегой Андрешем Резником придумали комбинацию фокусов и научного исследования для проведения наших собственных «представлементов» – представлений-экспериментов. Мы с Андрешем изучали психологическое принуждение – основополагающее понятие мастерства иллюзии, которое почти противоположно свободе воли. В нем используются хитроумные инструменты, вынуждающие зрителей видеть или делать то, чего хочет фокусник. В своей книге «Свобода самовыражения» великий испанский иллюзионист Дани Да Ортис подробно объясняет, как фокусники используют речь, взгляд и походку. Во время «представлемента», когда ученый-фокусник спрашивает зрителей, выбрали ли они карту, «которую на самом деле хотели выбрать», он следует строго определенному сценарию для изучения нашего восприятия, памяти и процесса принятия решений.
Пользуясь этими инструментами, мы доказали то, что известно любому иллюзионисту: зрители понятия не имеют, что их к чему-то принуждают, и убеждены в полной свободе своего выбора. Впоследствии они сочиняют истории – иногда весьма причудливые – для объяснения и оправдания решений, которых никогда не принимали.
Затем мы перенесли этот эксперимент со сцены в лабораторию и провели электронный вариант фокуса с принуждением. Мы показывали участникам серию карт в очень быстрой последовательности. Одна из них демонстрировалась с небольшой задержкой. Эта перемена оставалась незамеченной для участников, но почти в половине случаев заставляла их выбирать «навязанную» карту.
Преимущество этого лабораторного эксперимента в том, что, пока участники наблюдают за мелькающей колодой и делают свой выбор, мы можем наблюдать за расширением их зрачков – автономной неосознанной реакцией, которая, помимо всего прочего, обозначает степень внимания и сосредоточенности. Вместе с этим мы обнаружили признаки различия между свободным и вынужденным выбором. Когда человек выбирает «навязанную» карту, то примерно через одну секунду после решения его зрачки расширяются почти в четыре раза. Иными словами, тело знает, когда выбор был вынужденным, но сам наблюдатель не осознает этого. Наши глаза – более надежный индикатор истинной причины решения, чем наши мысли.
Эти эксперименты касаются старой философской дилеммы ответственности и в определенной степени ставят под вопрос упрощенное представление о свободе воли. Но они ни в коей мере не опровергают это представление. Мы не знаем, где и как зарождается «подсознательный импульс» Либета. На данном этапе мы можем лишь строить догадки, как делал Лавуазье со своей теорией теплового флюида.
Прелюдия к сознанию
Мы видели, что мозг способен наблюдать за своими процессами с целью контролировать, замедлять, видоизменять и останавливать их или просто управлять ими. Этот процесс образует замкнутую петлю, которая становится прелюдией к сознанию. Теперь мы рассмотрим, как три вроде бы невинных и прозаических вопроса помогают раскрыть и понять причину происхождения этой петли и последствия ее работы.
Почему мы не можем щекотать сами себя?
Мы можем смотреть на себя, трогать и ласкать себя, но не можем себя пощекотать. Великий натуралист и основатель современной биологии Чарльз Дарвин подробно изучал этот вопрос. Он полагал, что щекотка действует лишь в том случае, если человека застигают врасплох, а когда мы делаем это сами, то фактор неожиданности исчезает. Звучит логично, но, увы, это не так. Любой, кто щекотал другого человека, хорошо знает, что если предупредить жертву заранее, то щекотка так же эффективна, если не сказать больше. Проблема рефлекторной невозможности пощекотать самого себя гораздо более загадочна, чем кажется.
В 1971 Ларри Вейскранц опубликовал в журнале Nature статью под названием «Предварительные замечания о возможности пощекотать себя». Щекотка впервые заняла центральное место в исследовании человеческого сознания. Крис Фрит, еще одна именитая фигура в истории неврологии, тоже серьезно относился к щекотке и считал ее важной темой в исследовании сознания.
Фрит соорудил «щекотун» – механическое устройство, позволявшее людям щекотать себя. Деталью, превратившей игру в научное исследование, была возможность изменять интенсивность щекотки и задерживать действие аппарата. Когда «щекотун» работает с полусекундной задержкой, создается впечатление, будто тебя щекочет кто-то другой. Если между действием и его последствием проходит некоторое время, это создает эффект непривычности и новизны, изменяющий восприятие щекотки.
Почему изображение, на которое мы смотрим, не движется, когда мы переводим взгляд в разные стороны?
Наши глаза постоянно находятся в движении. В среднем они совершают три саккады (быстрых перемещения) в секунду. При каждой из них наши глаза с большой скоростью смещаются с одной стороны образа на другую. Но если они движутся, то почему образ, который они создают в нашем мозге, остается статичным?
Теперь нам известно, что мозг редактирует визуальную историю. Он похож на оператора-постановщика конструируемой нами реальности. Стабилизация изображения опирается на два механизма, которые сейчас пробуют использовать в цифровых камерах. Первый из них называется саккадическим подавлением: мозг в буквальном смысле прекращает запись, когда глаза движутся. Иными словами, в ту долю секунды, когда наши глаза находятся в движении, мы совершенно слепы.
Это можно проверить в ходе простого домашнего эксперимента: встаньте перед зеркалом и направьте взгляд на один глаз вашего отражения, потом на другой. Разумеется, при этом ваши глаза движутся, но в зеркале они неподвижны. Это следствие моментальной слепоты, возникающей в момент перевода взгляда.
Хотя мы редактируем мысленное кино во время движения глаз, остается одна проблема. После саккады изображение должно «дергаться», как это бывает в домашних видеофильмах или в кино направления «Догма 95», когда кадр моментально перескакивает с одного участка на другой. Но этого не происходит. Почему? Оказывается, рецепторы нейронов зрительной коры, в чем-то похожие на пиксели, кодирующие каждую единицу изображения, тоже движутся, компенсируя движение глаз. Так возникает ровный поток восприятия, где изображение остается статичным, несмотря на постоянное смещение кадра. Это один из многих примеров того, как наш сенсорный аппарат резко перестраивается в соответствии с информацией о будущих действиях, поступающей от мозга. Можно сказать, что зрительная система похожа на активную камеру, которая осознает свои действия и меняет режим записи в зависимости от планируемого движения. Это еще один след формирования петли восприятия. Мозг информирует сам себя; он ведет запись своей деятельности. Можно назвать это прелюдией к сознанию.
Хотя речь идет о совершенно ином механизме, здесь мы наблюдаем тот же принцип, из-за которого невозможно пощекотать самого себя. Мозг предвидит действие, которое он совершит, и это предупреждение создает сенсорное изменение. Предчувствие не работает на осознанном уровне: мы не можем умышленно избежать ощущения щекотки или намеренно редактировать визуальный поток, но в нем заключается источник сознания.
Откуда мы знаем, что голоса в нашей голове принадлежат нам?
Мы целыми днями разговариваем сами с собой и почти всегда делаем это очень тихо. При шизофрении этот диалог сливается с реальностью в мыслях, наполненных галлюцинациями. По словам Криса Фрита, галлюцинации возникают из-за неспособности шизофреников распознать, что внутренние голоса принадлежат им самим. Поэтому, как и в случае со щекоткой, не понимая, что это их собственные голоса, больные не могут контролировать их.
Этот аргумент выдержал суровые экспериментальные испытания. Слуховая кора – часть мозга, которая систематизирует звуки, слабо реагирует, когда мы слышим свой голос в реальном времени. Но если его записать, а затем прослушать в другом контексте, он создает гораздо более сильную мозговую реакцию. Этого не происходит в слуховой коре больных шизофренией, чей мозг не различает собственный голос в реальном времени и в записи.
Со стороны бывает трудно понять причуды ума. Разве можно воспринимать свои мысленные разговоры как голоса вокруг? Они внутри нас, мы создаем их, и они явно принадлежат нам. Однако есть пространство, в котором почти каждый из нас совершает такую же ошибку: это пространство сновидений. Сны – тоже вымыслы, созданные нашим воображением, но они обладают собственной властью; нам бывает трудно, даже почти невозможно сопоставить их с действительностью. Более того, часто мы не распознаем их как плоды нашего воображения. Именно поэтому мы испытываем облегчение, когда просыпаемся от кошмара. В определенном смысле сны и шизофрения похожи, так как в обоих случаях человек не распознает (или не признает) в них свое авторство.
Круг сознания
Эти три феномена предполагают общую исходную точку. Когда выполняется действие, мозг не только посылает сигнал в моторную кору, управляющую движением глаз и рук, но и заранее предупреждает себя о необходимости дальнейшей адаптации. Он делает это для того, чтобы «стабилизировать камеру», распознавать внутренние голоса как свои собственные. Этот механизм называется эфферентным копированием; так мозг наблюдает за собой и проводит мониторинг своих действий.
Мы уже видели, что мозг – источник бессознательных процессов, которые иногда проявляются в двигательной активности. Незадолго до осуществления они становятся видимыми для самого мозга, который идентифицирует их как собственные. У такого вида «мозговой подписи» есть последствия. Они наступают, когда наши глаза движутся, когда мы не можем пощекотать себя или мысленно узнаем собственный голос. В самых общих чертах можно считать этот механизм нашим внутренним протоколом обмена данными.
Здесь применима полезная аналогия. Когда компания решает приступить к запуску нового товара, она сообщает об этом в разные подразделения, чтобы они могли координировать процесс: в отдел маркетинга, отдел продаж, отдел контроля качества, отдел по связям с общественностью и так далее. Если внутренние коммуникации (механизм эфферентного копирования) плохо работают, то возникают нестыковки. К примеру, отдел снабжения отмечает уменьшение запасов сырья и гадает о причине, так как не знает о запуске нового товара. Сходным образом, из-за недостатка внутренней информации наш мозг создает правдоподобный сценарий, объясняющий положение вещей. В этой аналогии можно увидеть метафору шизофрении – иллюзии возникают из-за недостатков внутреннего протокола обмена данными.
Разумеется, это умозрительный пример, ведь компания не осознает себя. Предпосылка для сознания возникает, когда мозг начинает направлять информацию о своих знаниях и состоянии в свои разные отделы. Эта дискуссия станет более конкретной в будущем, когда мы сконструируем аппараты, проявляющие все свойства сознания. Будем ли мы считать их разумными? Какие права и обязанности они получат?
Физиология сознания
Мы живем в беспрецедентную эпоху, когда «фабрику мышления» можно наблюдать в реальном времени. Как изменяется активность мозга, когда мы осознаем тот или иной процесс?
Самый прямой ответ на этот вопрос можно получить при сравнении реакций мозга на два идентичных сенсорных стимула, которые из-за внутренних флуктуаций – внимания, сосредоточенности, сна или бодрствования, движутся по разным субъективным траекториям. В одном случае мы сознательно воспринимаем стимул: мы можем говорить о нем и давать отчет о своих ощущениях. В другом случае стимул воздействует на органы чувств без участия сознания и продолжает свой путь внутри мозга, не приводя к качественному изменению нашего субъективного восприятия. Это подпороговый, или сублиминальный, стимул. Давайте представим самый распространенный пример такого стимула: кто-то обращается к нам, когда мы проваливаемся в сон. Слова быстро исчезают, но мы по-прежнему слышим звуки голоса.
Сначала посмотрим, как подпороговый образ отображается в мозге. Допустим, сенсорная информация в виде света поступает на сетчатку и преобразуется в электрохимические импульсы, которые передаются по аксонам в таламус, расположенный в самом центре мозга. Оттуда они поступают в первичную зрительную кору, расположенную в затылочной части мозга у основания шеи. Примерно через 170 миллисекунд после того, как зрительный стимул попадает на сетчатку, в зрительной коре мозга начинается волна активности. Эта задержка вызвана не только проводимостью нейронов, но и структурой состояния мозга, которое соответствует стимулу. Наш мозг в буквальном смысле живет прошлым.
Активация зрительной коры так хорошо передает свойства стимула: цвет, яркость, движение, – что в лабораторных условиях можно воссоздать изображение на основе схемы активности мозга. Самое удивительное, что это происходит даже в тех случаях, когда образ воспринимался на бессознательном уровне. Иными словами, образ какое-то время остается «записанным» в мозге, даже если соответствующая мозговая активность не отразилась в сознании. С помощью определенной технологии записанный образ можно реконструировать и воспроизвести. Таким образом, теперь мы в буквально смысле можем наблюдать бессознательное.
Поток мозговой активности, происходящий под порогом сознания, сходен с тем, который вызывает избранный стимул, способный достичь уровня сознательного нарратива. Это след бессознательного формирования условных реакций в мозге, схематично описанного Фрейдом. Но с точки зрения феноменологии и субъективного восприятия бессознательное сильно отличается от сознательного разума. Какие события в нашем мозге отделяют один процесс от другого?
Решение этой проблемы очень похоже на причину распространения пожаров и сообщений в Twitter. Некоторые сообщения циркулируют в локальном пространстве, так же как некоторые пожары ограничиваются небольшими участками леса. Но время от времени, в силу обстоятельств, изначально присущих объекту (содержание твита, интенсивность пожара), или внешних условий (времени суток в социальной сети, сырости почвы), огонь или твит могут охватить всю территорию. Они начинают активно распространяться, питая сами себя, становятся вирусными или неконтролируемыми.
Когда интенсивность нейронной реакции на стимул превышает определенный порог, примерно через 300 миллисекунд появляется вторая волна мозговой активности. Она не ограничивается отделами мозга, связанными с сенсорной природой стимула (зрительная кора для образов или слуховая кора для звуков) и распространяется по мозгу, как лесной пожар.
Если эта вторая мощная волна охватывает почти весь мозг, стимул становится осознанным. В противном случае этого не происходит. Мозговая активность оставляет отпечаток наподобие «цифровой подписи» сознания. Она позволяет определить, находится ли человек в сознании, проникнуть в его внутренний мир и узнать содержание его разума.
Волна мозговой активности, регистрируемая только при сознательных процессах, имеет такие характеристики:
(1) МОЩНАЯ. Состояние сильной активности распространяется по всему мозгу.
(2) СИНХРОНИЗИРОВАННАЯ И СОГЛАСОВАННАЯ. Мозг состоит из разных элементов, выполняющих конкретные функции. Когда стимул достигает сознания, все эти элементы синхронизируются.
(3) ОПОСРЕДОВАННАЯ. Как мозгу удается достичь мощной и согласованной активности между элементами, которые обычно функционируют независимо друг от друга? Что выполняет эту задачу? Для ответа снова прибегнем к аналогии с социальными сетями. Что делает информацию вирусной? В сети есть коммутаторы, или центры интернет-траффика, действующие как огромные распространители информации. К примеру, если Google дает конкретной информации приоритет в поиске, ее распространение резко возрастает.
В мозге есть как минимум три структуры, выполняющие эту роль:
(а) Лобная кора, которая осуществляет функции «диспетчерской вышки».
(б) Теменная кора, которая прокладывает динамично изменяющиеся маршруты между разными частями мозга. Она действует подобно железнодорожной стрелке, позволяющей поезду переходить с одного пути на другой.
(в) Таламус, который находится в центре мозга, связан со всеми отделами коры мозга и соединяет их друг с другом. При торможении таламуса движение информации в мозговой сети сильно нарушается, – как если бы однажды отключился Google, – и разные элементы коры мозга не могут синхронизировать свои функции, что приводит к исчезновению сознания.
(4) КОМПЛЕКСНАЯ. Лобная кора, теменная кора и таламус позволяют разным частям мозга действовать согласованно. Но насколько согласованной должна быть мозговая активность, чтобы функционировать эффективно? При полной дезорганизации обмен информациями между разными элементами становится невозможным. С другой стороны, при полной синхронности исчезают все иерархии и категории, поэтому функциональные модули и структуры, выполняющие специализированные функции, не могут сформироваться. В крайних состояниях абсолютной упорядоченности или хаотичности сознание исчезает.
Иными словами, синхронизация должна иметь промежуточный уровень сложности и упорядоченности. Это можно понять с помощью аналогии с музыкальной импровизацией: если она совершенно дезорганизована, получается какофония; если мелодия однородна и один инструмент похож на другой, все богатство музыки пропадает. Самое интересное происходит на промежуточном уровне между двумя этими состояниями, где согласованность между разными инструментами имеет определенную степень свободы. То же самое относится к сознанию.
Расшифровка сознания
В июле 2005 года женщина впала в кому после автомобильной аварии. После необходимых процедур, включая хирургическое вмешательство с целью уменьшить внутричерепное давление из-за многочисленных кровоизлияний, к ней много дней не возвращалось сознание. Иногда женщина непроизвольно открывала глаза. У нее сохранились циклы сна и бодрствования и некоторые рефлексы. Но она не подавала знаков, указывавших на осознанную реакцию. Все эти факторы соответствовали диагнозу вегетативного состояния. Оставался ли шанс, что, вопреки всем клиническим признакам, у пациентки сохранилась богатая психическая жизнь, а ее субъективное внутреннее восприятие сходно с восприятием человека в полном сознании? Как узнать об этом? Как исследовать психическую жизнь разума, если человек не может передать свои мысли?
В общем и целом, психические состояния людей – счастье, желание, скука, усталость, ностальгия – выражаются в их жестах, словах или звуках, которые они издают. Речь позволяет более или менее осмысленно делиться нашими внутренними состояниями, будь то любовь, желание, боль, особые воспоминания или образы. Но если вы не можете выразить свое внутреннее состояние, например во время сна, то человек остается замкнутым в себе. Пациенты в вегетативном состоянии никак не выражают свои мысли и чувства, поэтому раньше было логично полагать, что они лишены сознания.
Но все изменилось. Свойства сознательной активности мозга, которые мы перечислили выше, позволяют объективно судить о том, обладает ли человек характерными признаками сознания. Они действуют как инструмент для расшифровки и интерпретации психического состояния людей, что особенно важно, когда других способов нет: например, для пациентов в вегетативном состоянии.
Наблюдая за воображением
Примерно через семь месяцев после автомобильной аварии врачи провели исследование пациентки с использованием функциональной магниторезонансной томографии. Активность ее мозга при прослушивании различных фраз была сравнима с активностью мозга здорового человека. Самое интересное, что ее реакция оказывалась более ярко выраженной, если фраза была двусмысленной. По-видимому, мозг боролся с этой двойственностью, что указывало на активную работу мысли. Возможно, на самом деле женщина не находилась в вегетативном состоянии? Наблюдений за ее мозгом было недостаточно для однозначного ответа на такой важный вопрос. Во время глубокого сна или под анестезией, когда считается, что человек находится в бессознательном состоянии, мозг тоже особым образом реагирует на фразы и звуки. Можно ли точнее обнаружить характерные признаки активного сознания?
Когда здоровый бодрствующий человек представляет, что он играет в теннис, то сильнее всего активируется часть мозга, известная как дополнительная моторная зона (ДМО, SMA). Эта часть контролирует движение мышц. С другой стороны, когда человек представляет, как он ходит по своему дому (все мы способны мысленно проследить маршрут на карте: линию железной дороги, расположение городских улиц, тропинки, адреса друзей, бабушек и так далее), то активируется система, включающая главным образом парагиппокамп и теменную кору.
Это явление можно использовать для ограниченной, но эффективной расшифровки мыслей. Больше не нужно спрашивать человека, о чем он думает – об игре в теннис или о прогулке по дому. Достаточно расшифровать схему его мозговой активности. Мы практически можем читать мысли, хотя бы на уровне двоичного кода, обозначающего прогулку или игру в теннис. Этот инструмент приобретает особенно важное значение, когда нельзя спросить прямо или человек не может ответить на наши вопросы.
Может ли двадцатитрехлетняя женщина в вегетативном состоянии представлять подобные ситуации? В январе 2006 года британский ученый Адриан Оуэн и его коллеги попросили пациентку представить, как она играет в теннис, потом – как она ходит по своему дому, и снова теннис. Эти просьбы чередовались несколько раз.
Ее мозговая активность оказалась такой же, как у здорового человека. Поэтому можно было с разумной вероятностью предположить, что у пациентки активное воображение, а следовательно, и осознанные мысли, о чем не могли догадаться ее врачи, опираясь на клинические наблюдения.
Тот момент, когда женщине удалось пробиться через непроницаемую оболочку, много месяцев скрывавшую ее мысли, когда Оуэн и его коллеги прочитали их в ее сознании, стал важной вехой в истории человеческого общения.
Оттенки сознания
Эксперимент с вопросами о теннисе и прогулке по дому имел даже большее значение, чем можно было предположить. Это был способ общения: ограниченный, но эффективный.
На его основе мы можем создать нечто вроде азбуки Морзе. Каждый раз, когда ты хочешь сказать «да», представь, что ты играешь в теннис. Когда хочешь сказать «нет», представь, что ты гуляешь по дому. Таким образом группа Оуэна впервые установила канал общения с другим пациентом в вегетативном состоянии, которому было 29 лет. Когда его спросили, зовут ли его отца Александром, активировалась дополнительная моторная зона, которая соответствовала игре в теннис и в данном случае означала утвердительный ответ. Потом его спросили, зовут ли его отца Томасом, и активировался парагиппокамп, что соответствовало прогулке по дому и в установленном коде общения означало «нет». Пациенту задали пять вопросов, на которые он правильно ответил с помощью этого метода. Но он не ответил на шестой вопрос.
Исследователи утверждали, что он, вероятно, не слышал вопроса или заснул. Разумеется, это очень трудно определить при вегетативном состоянии. И все же результат эксперимента показывает огромный потенциал этого окна в ранее недоступный мир, хотя и вызывает определенный скептицизм.
Последнее замечание, на мой взгляд, – актуальное и необходимое предупреждение о «нарушенном звене» коммуникации, искажающем действительность. Попытки общения с такими пациентами выглядят многообещающе, но остаются крайне рудиментарными. Возможно, нынешние ограничения удастся преодолеть с помощью технологии, но было бы заблуждением верить или убеждать других в наличии сознания, сходного по форме или содержанию с сознанием нормального человека. Возможно, это гораздо более запутанное и беспорядочное состояние распавшегося, фрагментированного разума. Откуда нам знать?
Мы с Тристаном Бекинштейном, моим другом и спутником во многих предприятиях, решили заняться этим вопросом. Наш подход был почти минималистским: мы старались определить минимум поведения, характерного для сознания. Мы нашли решение в эксперименте, проведенном Ларри Сквайром, великим нейробиологом и исследователем памяти, который адаптировал классические опыты Павлова.
Эксперимент выглядел так. Человек смотрит фильм Чарли Чаплина и слышит последовательность тонов: бип – бууп, бип – бип-бууп… Один тон высокий, другой низкий. Каждый раз, когда звучит низкий тон, секунду спустя человек ощущает слега раздражающее дуновение воздуха в глаза.
Около половины участников выявили закономерность: низкий тон сопровождается дуновением воздуха. Другие не поняли взаимосвязи и не усвоили правила игры. Они могли описать оба тона и досадный порыв воздуха, но не видели никакой связи между ними. Лишь те, кто осознанно описывал закономерность, приобрели условный рефлекс и закрывали глаза после низкого тона, избавляясь от раздражающего дуновения.
Результаты Сквайра кажутся бесхитростными, но они весьма показательны. Крайне простая процедура устанавливает минимальный тест (тест Тьюринга) на наличие сознания. Она соединяет то, что мы хотим узнать (обладают ли сознанием пациенты в вегетативном состоянии), и то, что мы можем измерить (реакция моргания). Пациенты в вегетативном состоянии способны моргать, так что мы с Тристаном сможем определить наличие у них сознания.
Я помню этот момент, один из немногих в моей научной карьере, когда я испытал восторг открытия: в Париже мы с Тристаном обнаружили, что пациент способен учиться точно так же, как люди в полном сознании. Но потом, повторяя процедуру, мы убедились, что лишь трое из тридцати пяти пациентов, прошедших тестирование, проявляют эту остаточную форму сознания.
В течение многих лет мы совершенствовали экспериментальную процедуру, чтобы больше узнать, какое представление о реальности могут иметь «вегетативные» пациенты с признаками сознания. Для этого Тристан усовершенствовал эксперимент со звуками; теперь участникам предстояло догадаться что дуновение воздуха предшествует разным словам из одной семантической категории. Для установления такой связи недостаточно осознания: пациентам нужно было обратить внимание на слова. То есть рассеянные пациенты учились гораздо медленнее.
Так мы смогли исследовать сосредоточенность внимания у «вегетативных» пациентов и обнаружили, что их процесс обучения очень похож на обучение рассеянных людей. Наверное, это лучшая метафора для работы разума «вегетативных» пациентов с признаками сознания: непостоянство мышления, которое находится в очень неустойчивом, менее внимательном и разобщенном состоянии.
У сознания много характерных признаков. Их можно использовать в разных сочетаниях для определения его наличия или отсутствия, но все аргументы «за» и «против» нельзя считать решающими или окончательными. Если лобные доли и таламус пациента работают нормально, если его мозговая активность находится на среднем уровне согласованности, если определенные стимулы генерируют синхронную реакцию нейронов и примерно через 300 миллисекунд образуется мощная волна мозговой активности; кроме того, если у пациента наблюдаются следы воображения и способность к обучению, требующему участия сознания, – так вот, если все эти признаки присутствуют одновременно, то вполне вероятно, пациент находится в сознании. Если же наблюдаются лишь некоторые из них, вероятность уменьшается. Сочетание всех этих инструментов остается лучшим на сегодня средством для объективного диагноза наличия сознательной деятельности.
Обладают ли младенцы сознанием?
Исследование разума взрослых открывает окно в таинственный мир мышления новорожденных детей. Как развивается сознание до того, как ребенок получает возможность проявить его в виде жестов и немногочисленных слов?
Новорожденные обладают гораздо более изощренной и абстрактной организацией мышления, чем можно представить. Как мы убедились в главе 1, они способны формировать числовые и нравственные понятия. Но этот процесс мышления может оставаться неосознанным и мало что говорит нам об их субъективных ощущениях в ходе развития. Осознают ли младенцы то, что происходит с ними: воспоминания, любимых людей, чувство печали? Или же они просто проявляют рефлексы и бессознательное мышление?
Это совершенно новая область исследований. Одной из первых к ней решила подступиться моя подруга и давняя коллега по профессии Гилен Деаэн-Ламбертц. Она выбрала простую стратегию наблюдения за тем, соответствует ли мозговая активность младенцев характерным признакам, указывающим на сознательное мышление у взрослых. Эта стратегия похожа на эксперимент, который проводился с целью понять, как сознательные процессы отличаются от бессознательных в мозге взрослого человека.
В возрасте пяти месяцев формирование первой волны мозговой реакции практически завершается. Эта волна соответствует обработке визуальных стимулов независимо от того, происходит ли это на сознательном или неосознанном уровне. Зрительная кора младенца уже может распознавать лица и делает это так же быстро и уверенно, как и взрослые люди.
Вторая волна, связанная исключительно с осознанным восприятием, изменяется в процессе развития. В возрасте одного года она практически сложилась и по форме сходна с восприятием взрослого человека, но с одним важным отличием: она гораздо медленнее. Вместо 300 миллисекунд она консолидируется примерно через одну секунду после распознавания лица, как будто сознание ребенка работает с небольшой задержкой. Это похоже на интернет-трансляцию футбольного матча, когда мы слышим, как наши соседи у телевизора кричат «Гол!», прежде чем сами видим это.
Задержка реакции значительно сильнее выражена у пятимесячных младенцев. Задолго до того как они начинают говорить или ползать и едва могут сидеть, младенцы уже обладают мозговой активностью, указывающей на резкую и продолжительную реакцию, которая сохраняется даже после исчезновения внешнего импульса.
Пока это лучшее доказательство того, что младенцы осознают видимый мир. Их сознание слабо фокусируется на четких образах, оно наверняка более сумбурное, медленное и неуверенное, но тем не менее это сознание. По крайней мере, об этом свидетельствует состояние их мозга.
Здесь наука вступает на совершенно неизвестную до сих пор территорию: субъективное мышление младенцев. Речь не о том, что они способны делать, наблюдать и помнить, на что реагировать, а о чем-то более личном и скрытом от чужих глаз – о содержании их сознания.
Состояние сознания младенца или человека в вегетативном состоянии больше не определяется нашими догадками. Теперь мы располагаем инструментами, которые помогают нам в реальном времени наблюдать за работой «фабрики мышления». Эти инструменты позволяют преодолеть самые таинственные и непроницаемые преграды одиночества.
Мы по-прежнему очень мало знаем о материальной основе сознания, – точно так же, как раньше естествоиспытатели мало знали о теплофизике. Но, как ни удивительно, несмотря на недостаток знаний, мы уже умеем манипулировать сознанием: включать и выключать, читать и распознавать его.
