14. Эпилог. Зрелые годы

В июне 1966 г. состоялась ежегодная конференция в Колд Спринг Харбор, на этот раз посвященная генетическому коду. Она ознаменовала конец классической молекулярной биологии, поскольку точная расшифровка генетического кода – маленький словарик – продемонстрировала, что в общих чертах основные идеи молекулярной биологии верны. Меня и многих других – как коллег, так и стороннюю публику – поражало, насколько быстро мы этого достигли. Приступая к биологическим исследованиям в 1947 г., я и не подозревал, что все главнейшие вопросы, которые меня волновали, – из чего состоит ген, как он воспроизводится, как он включается и выключается, как работает – получат ответы еще при моей научной жизни. Я выбрал тему или комплекс тем, которые, как мне представлялось, переживут мою пору активной научной деятельности, а теперь оказалось, что мои амбиции по большей части утолены.

Безусловно, не все вопросы получили полные ответы. Мы всё еще не знали последовательности оснований ни одного конкретного гена. Наши представления о биохимии репликации генов были вульгаризацией. Механизмы управления генами были изучены только у бактерий, и даже в этом случае молекулярные тонкости оставались неизвестными. О регуляции генов у высших организмов мы не знали, можно сказать, ничего. И хотя мы выяснили, что матричная РНК управляет синтезом белков, сама рибосома, на которой синтезируются белки, фактически оставалась для нас черным ящиком. И все же к 1966 г. мы поняли, что основания молекулярной биологии теперь утвердились достаточно прочно, чтобы использовать их как вполне надежную базу для долгосрочной задачи прояснения множества деталей.

Мы с Сидни Бреннером решили, что настало время переключиться на новые области. Мы выбрали эмбриологию, которую теперь часто называют более общим термином «биология развития». После долгого чтения и размышления Сидни выбрал маленького червячка-нематоду Caenorhabditus elegans в качестве модельного организма, потому что он быстро размножается, его легко разводить в лаборатории, и у него нетипичная, но интересная наследственность. (Он – самооплодотворяющийся гермафродит.) Почти все исследования в настоящее время, которые проводятся на этом животном – его используют даже в изучении старения, – выросли из тех новаторских работ Сидни.

Я решил, что ключевую роль в развитии играют градиенты, что бы они из себя не представляли. Каким-то образом клетка эпителия (клеточного слоя) словно бы знала, в каком месте слоя она находится. Это объясняли существованием «градиентов» в той или иной форме – вероятно, закономерных изменений концентрации какого-то вещества от одной части слоя к другой. Природа этих постулируемых градиентов была тогда неясна. Примерно на этом этапе к нам присоединился Питер Лоуренс, и я основательно опирался на его работу по градиентам в кутикуле насекомых, исследования которых впервые начал Майкл Локк. Мои коллеги Майкл Уилкокс и Грэм Митчисон занимались еще более примитивной системой – расположением клеток в длинных цепочках, образуемых клетками сине-зеленых водорослей (теперь их называют бактериями). Несмотря на все затраченные усилия, они не сумели даже подступиться к биохимическим основам проблемы – из каких молекул состоит тот или иной градиент, – и в конце концов я переключился на другие аспекты темы. Я заинтересовался гистонами, небольшими белковыми молекулами, сопровождающими ДНК в хромосомах высших организмов, и стал внимательно присматриваться к исследованиям моих коллег Роджера Корнберга, Аарона Клуга и других, которые впоследствии определили структуру нуклеосом – маленьких телец, на которые наматывается хромосомная ДНК.

В 1976 г. я решил взять творческий отпуск и отправиться в Солковский институт биологических исследований (The Salk Institute for Biological Studies). Он расположен почти у самых утесов, обращенных к Тихому океану, в Ла Хойя – пригороде Сан-Диего в долине Южной Калифорнии. На протяжении двенадцати лет, почти со времени официального открытия института 1 декабря 1960 г., я числился номинальным научным сотрудником (по факту – членом выездного комитета), а кроме того, поддерживал с ним связь еще до открытия. В самом начале я и Бруно Броновски летали из Лондона в Париж консультироваться с Джонасом Солком, Жаком Моно, Мелом Коном и Эдом Ленноксом по таким захватывающим вопросам, как устав задуманного института.

Президент Солковского института, д-р Фредерик де Хоффман, приложил немалые усилия, чтобы уговорить меня остаться. В конце концов он упросил Фонд Кикхефера обеспечить мне место. Я уволился из Совета медицинских исследований. Мы с Одилией поселились в Южной Калифорнии, где с тех пор и проживаем.

Калифорния на востоке граничит с пустыней, на западе – с Тихим океаном, на юге – с Мексикой, а на севере – со штатом Орегон, где, по-моему, все время идет дождь. По площади Калифорния почти вдвое больше Британии, по населению – почти в два раза меньше и заметно богаче. Там развитая, впечатляющая система университетов. Мы с Одилией – иностранцы с видом на жительство, то есть иммигранты; впрочем, мы сохраняем британское гражданство. Иммигранты не имеют права голосовать, но во всех остальных отношениях имеют те же права и обязанности, что граждане США, включая обязанность платить налоги.

Лично я в Южной Калифорнии чувствую себя как дома. Я люблю достаток и неторопливый образ жизни. Близость океана, гор и пустыни – тоже развлечение. На мили вокруг тянутся красивые пляжи, по которым можно гулять – когда не сезон, они почти пустынны. До гор добираться всего час, и они выше любых гор на Британских островах (без преувеличения), а зимой часто покрыты снегом. Высочайшие вершины – со стороны пустыни. Весной, если хватает зимних дождей, пустыня расцветает. Но и в другие сезоны она исполнена странного очарования, в том числе из-за нежных красок и широких просторов неба.

Несмотря на этот, можно сказать, райский климат, ученые тут трудятся неустанно. Вернее даже, иные трудятся настолько неустанно, что у них не остается времени серьезно поразмыслить. Им стоило бы прислушаться к пословице «Жизнь в трудах – жизнь в трубу». В других местах Америки мне не так уютно. Нью-Йорк по расстоянию и атмосфере кажется мне чуть ли не таким же далеким, как Лондон. Стало быть, в отношении Нью-Йорка и Калифорнии я прямая противоположность Вуди Аллену. Вуди любит Нью-Йорк и терпеть не может Калифорнию. По его словам, «там единственное достижение культуры – в том, что можно поворачивать направо на красный свет». Но, видимо, ему нравится напряженный ритм жизни Восточного побережья.

Молекулярная биология не стояла на месте за десятилетие, прошедшее с 1966 г., но это был по большей части период закрепления достижений. Вероятно, самым громким открытием стали ретровирусы – РНК-вирусы, которые транскрибируются в ДНК и затем встраиваются в хромосомную ДНК. Ключевое открытие совершили независимо Говард Темин и Дэвид Балтимор. За это в 1975 г. они получили Нобелевскую премию по медицине, совместно с Ренато Дульбекко, который работает теперь в Солковском институте. (Вирус, вызывающий СПИД, относится к ретровирусам. Без этой основополагающей работы трудно было бы вообще понять, что такое СПИД.)

Хотя я тогда этого еще не понимал, молекулярная биология стояла на пороге огромного прорыва, который совершат три новые технологии: рекомбинантные структуры ДНК, быстрое секвенирование ДНК и моноклональные антитела. Критики, утверждавшие ранее, что от молекулярной биологии мало практической пользы, смолкли, осознав, что новые технологии могут приносить деньги. Не буду здесь пытаться описывать подробности всех этих важнейших достижений, а также удивительные результаты, появляющиеся чуть ли не каждый день, в основном потому, что сам я в них не принимал прямого участия.

Я решил, что переезд в Солковский институт – идеальная возможность увлечься работой мозга. Много лет я наблюдал за отдельными областями этой сферы издали. (Об исследованиях Дэвида Хьюбела и Торстена Визеля, посвященных зрительной системе, я узнал из сноске к статье в литературном журнале Encounter.) Я сообразил, что, если хочу более серьезно заняться мозгом, начинать нужно сейчас или никогда, ведь мне уже перевалило за шестьдесят.

Мне понадобилось несколько лет, чтобы расстаться с прежними интересами, тем более что в молекулярной биологии непрерывно происходили чудеса. Одним из чудес стало открытие того, что во многих случаях отрезок ДНК, кодирующий одну полипептидную цепочку, не непрерывен, а перебивается длинными отрезками как будто бы бессмысленных последовательностей. Эти последовательности, которые назвали интронами, удаляются из заготовки матричной РНК благодаря процессу, называемому сплайсингом. Получившаяся матричная РНК, в которой все кодирующие кусочки (экзоны) теперь собраны воедино, отправляется затем в цитоплазму, чтобы управлять на рибосоме синтезом того белка, который она кодирует.

Подобные интроны встречаются преимущественно у высших организмов. В наших собственных генах интроны, то есть некодирующие последовательности, зачастую длиннее, чем кодирующие (экзоны). Интроны встречаются намного реже у тех «высших» организмов (таких как плодовая мушка-дрозофила), у которых сравнительно небольшой геном. А у примитивных организмов, таких как бактерии, интроны практически отсутствуют, разве что в очень специфических позициях [короткие интроны в генах транспортной РНК].

Кроме того, было обнаружено, что не все отрезки ДНК в промежутках между генами так уж значимы. Большая часть нашей ДНК – возможно, до 90 % – на первый взгляд представляет собой ненужный мусор. Даже если она чем-то полезна, ее функция, вероятно, не зависит напрямую от ее точной последовательности. Мы с Лесли Орджелом написали статью, в которой выдвинули предположение, что это «эгоистичная ДНК», а лучше было бы сказать, «паразитическая ДНК», которая существует не ради пользы организма, а ради самой себя. Ричард Докинз уже наметил бегло такую возможность в своей книге «Эгоистичный ген».

Мы с Лесли предположили, что эти эгоистичные фрагменты ДНК возникали неоднократно и независимо как паразиты, которые перепрыгивали по хромосоме с места на место, оставляя свои копии в хозяйской ДНК. Через какое-то время многие из этих последовательностей становились бессмысленными из-за случайных мутаций и затем постепенно в долгосрочной перспективе уничтожались клеткой-хозяином. Одновременно с тем в хозяйскую ДНК могли вторгаться новые паразитические последовательности, пока в конце концов соотношение между хозяйской и паразитической ДНК не достигало равновесия. Верны ли эти соображения – еще предстоит выяснить.

Возможность существования подобной эгоистичной ДНК – именно то, что могла бы предсказать теория естественного отбора. Вам, без сомнения, известно, что такое паразит – например, ленточный червь, но вам поначалу может показаться странной идея, что паразитом может быть и молекула, живущая в ваших хромосомах. А почему бы и нет? Отметим, существование интронов оказалось едва ли не полной неожиданностью. Никто не высказывал внятных предположений об их существовании до того, как экспериментаторы случайно их обнаружили. Интроны, возможно, были бы открыты раньше, если бы имелись в сколько-нибудь заметных количествах у кишечной палочки или ее фагов. Классическая генетика не давала никаких намеков на их существование, даже у такого организма, как дрожжи, геном которых был картографирован с достаточно высокой точностью. Интроны – классический пример того, что можно упустить, пользуясь в чистом виде методом «черного ящика», то есть изучая лишь поведение организма и не заглядывая, что у него внутри.

В этот период я также написал научно-популярную книгу о происхождении жизни. Мы с Лесли Орджелом во время поездки на научную конференцию по проблеме связи с внеземным разумом (Communication with Extraterrestrial Intelligence, CETI), которая проводилась под Ереваном, в Советской Армении, в сентябре 1971 г., пришли к мысли, что, возможно, жизнь на Земле произошла от микроорганизмов, засланных к нам на беспилотном космическом корабле высшей цивилизацией из иного мира. К этой теории нас привели два факта. Первый – единство генетического кода, указывающее на то, что на каком-то этапе жизнь прошла сквозь популяционное бутылочное горлышко. Второй – то, что возраст Вселенной, по-видимому, вдвое с лишним превышает возраст Земли, следовательно, было достаточно времени, чтобы жизнь могла дважды пройти путь от простейших начал к высокоорганизованному разуму.

Мы назвали нашу теорию «направленная панспермия». Термин «панспермия», введенный в 1907 г. шведским физиком Сванте Аррениусом, означает гипотезу, что микроорганизмы прибыли на Землю из космоса и посеяли семена всей земной жизни. Мы добавили «направленная», чтобы обозначить, что кто-то целенаправленно каким-то образом отправил сюда микроорганизмы.

Когда пишешь популярную книжку о происхождении жизни, главная трудность в том, что эта проблема лежит преимущественно в сфере химии, и преимущественно органической химии. «Чайники», как правило, химию не любят. «Я всё поняла, – сказала как-то моя мама, когда я дал ей прочесть одну рецензию, – кроме этих иероглифов». Однако цель моей книги состояла не в том, чтобы решить проблему происхождения жизни, а в том, чтобы дать представление о множестве областей науки, задействованных в ее решении, от космологии и астрономии до биологии и химии.

Сам я относился и отношусь к идее направленной панспермии довольно бесстрастно – в книге даже есть объяснение, что такое хорошая теория и почему наша теория, не будучи в принципе недоказуемой, очевидным образом весьма спекулятивна. Книга вышла в 1981 г. в издательстве Simon & Schuster под заглавием «Сама жизнь» (Life Itself). Хотя я считал этот заголовок слишком фундаментальным, не соответствующим содержанию, издатель настоял на нем.

Вернемся к мозгу. Когда я впервые решил вплотную заняться его изучением, мне казалось, что с проблематикой я уже по большей части знаком, по крайней мере в общих чертах. В Кембридже я много лет общался с Хоресом Барлоу, с которым меня познакомил мой друг Георг Крайзель, математик, и в пятидесятые слышал доклад Хореса в Гарди-клубе, о лягушачьем глазе и гипотетическом «детекторе насекомых» в нем. В том же Гарди-клубе я слушал выступление Алана Ходжкина и Эндрю Хаксли, посвященное их знаменитой модели нервного импульса в аксоне кальмара. Позже я познакомился с нейрофизиологом Дэвидом Хьюбелом на небольшой конференции, проходившей в Солковском институте в 1964 г. Задача этой конференции заключалась в том, чтобы проинформировать сотрудников института о текущем положении дел в нейробиологии, на тот случай, если мы планируем у себя в институте назначения в этих областях.

На той же конференции я впервые познакомился с нейрофизиологом Роджером Сперри и нейроанатомом Валле Наута. Докладчиков было всего чуть больше десятка, но слушателей примерно столько же, поскольку в то время Солковский институт был еще молод. Однако слушатели являли собой грозную команду – среди них были, к примеру, Жак Моно и физик Лео Сцилард. Аудитория была настроена столь критически, что последний докладчик буквально дрожал, выходя на кафедру. Жаль, что Солковский институт не смог приступить к работе в области нейробиологии уже тогда. На тот момент это было невозможно по финансовым причинам, но сейчас половина его исследований связана с нейробиологией.

Вскоре я обнаружил, что мои познания чрезвычайно скудные. Помимо того, что со времени, когда я впервые обратил внимание на нейроанатомию и нейрофизиологию, в этих отраслях наука ушла далеко вперед, были еще целые области, о которых я не знал совсем ничего, – например, психофизика. (Психофизика – это не какая-то новая калифорнийская секта. Это старое название того отдела психологии, который занимается измерениями реакций человека или животного на физические стимулы, такие как свет, звук, прикосновение и т. д.)

Более того, оказалось, что появилась новая дисциплина, именующая себя когнитивной наукой. (Злые языки говорят, что любая область, использующая в самоназвании слово «наука», скорее всего, таковой не является.) Когнитивная наука возникла как одна из форм бунта против бихевиоризма. Бихевиористы полагали, что следует изучать лишь поведение животного и не пытаться объяснять или моделировать никакие постулируемые психические процессы в голове этого животного. Бихевиоризм стал господствующей школой психологии в первой половине нашего столетия, особенно в Америке.

Когнитивисты, в отличие от бихевиористов с их догматизмом, считают, что необходимо выстроить внятные модели психических процессов, особенно человеческих. Современная лингвистика – важная составляющая когнитивистики, поскольку занимается как раз этим. Однако заглянуть в сам реальный мозг особого стремления не наблюдается. Многие когнитивисты склонны рассматривать мозг как «черный ящик», который лучше не открывать. По правде говоря, иные определяют когнитивистику как исследования, игнорирующие предметы наподобие нервных клеток. Обычная процедура в когнитивистике – выделить какое-то психологическое явление, создать теоретическую модель постулируемых ментальных процессов, а затем протестировать эту модель методом компьютерной симуляции, чтобы убедиться, что она работает так, как, по мнению автора, должна работать. Если она согласуется хотя бы с некоторыми психологическими данными, то считается полезной моделью. То, что она вряд ли верна, по-видимому, никого не волнует.

Я считал и считаю все это в высшей степени курьезным. По сути, это философский подход функционалистов, убежденных, будто все, что нужно, – это изучать функционирование человека или животного, и что изучать его можно абстрактно, не задумываясь о том, какие элементы или детали в реальности служат изучаемым функциям. Подобный подход, как я обнаружил, широко распространен среди психологов. Иные заходят даже так далеко, что считают точное знание о том, что происходит в голове, бесполезным для психологии. Они лупят кулаком по столу, отстаивая подобные взгляды.

Если начать допытываться, почему они так считают, они обычно отвечают, что весь этот мешок с хитростями столь дьявольски мудреный, что не стоит и пытаться изучать его пристально. Очевидное возражение на это – если он и впрямь настолько сложен, каким образом они надеются разобраться в его работе, всего лишь наблюдая за тем, что происходит на входе и на выходе, и игнорируя то, что посредине? Единственный ответ, который мне удавалось получить на этот вопрос, – что важно изучать организмы на более высоких уровнях и что исследование нейронов само по себе (курсив мой) подобных проблем никогда не разрешит. Под этим я полностью подписываюсь, но не понимаю, как из этого следует, что нужно игнорировать нейроны. Делать трудную работу, когда одна рука привязана за спиной, – вряд ли выигрышная стратегия.

Мои собственные предрассудки прямо противоположны функционалистским: «Хочешь понять функцию – исследуй структуру», – так я должен был говорить в мою пору молекулярной биологии. (Кажется, я сказал это, когда служил на флоте.) Думаю, что к этим проблемам следует подходить на всех уровнях, как и было принято в молекулярной биологии. Классическая генетика в конечном итоге тоже основана на методе «черного ящика». Перелом наступил, когда ее соединили с биохимией. В природе межвидовые гибриды обычно бесплодны, но в науке часто верно обратное. Скрещивание дисциплин часто оказывается на удивление плодотворным, тогда как научная дисциплина, сохраняющая излишнюю частоту, обычно угасает.

Верно, что при изучении сложной системы нельзя даже сформулировать суть проблем, не рассмотрев высших уровней этой системы, но доказательства любой теории насчет высших уровней, как правило, требуют подробных данных с низших уровней, если мы хотим надежно обосновать ее. Более того, данные исследований на низших уровнях часто дают важные подсказки для построения новых теорий на высших. Вдобавок ко всему полезную информацию об элементах низших уровней можно получить, изучая их у более простых животных, с которыми легче работать. Примером могут служить недавние исследования механизмов памяти у беспозвоночных.

Первая проблема для меня была – решить, на каком животном сосредоточить внимание. Иные из моих сотоварищей по молекулярной биологии сделали выбор в пользу мелких, довольно примитивных животных. Как уже упоминалось, Сидни Бреннер выбрал нематоду. Сеймур Бензер занялся генетикой поведения крошечной плодовой мушки-дрозофилы, отчасти потому, что на ней уже проводилось много основополагающих генетических исследований.

Я решил, что мой главный предмет долгосрочного интереса – проблема сознания, хотя и понимал, что непосредственно с этого начинать глупо. Сознание очевиднее всего проявляется у человека – по крайней мере я знаю, что оно есть у меня, и располагаю достаточными основаниями подозревать, что оно есть у вас. Есть ли сознание у плодовой мушки – вопрос остается открытым. На работу с людьми, однако, имеется множество серьезных экспериментальных ограничений, так как многие опыты невозможны по этическим причинам. Потому я счел разумным заняться животными, эволюционно близкими человеку, – млекопитающими и в первую очередь приматами, то есть обезьянами.

Следующий вопрос был в том, чтобы выбрать конкретный аспект изучения мозга млекопитающих. С моими скудными знаниями я решил сделать очевидный выбор и заняться зрительной системой. Человек – животное визуальное (как и обезьяны), и по различным аспектам зрения уже было проведено немало исследований.

Как изучать человеческое зрение, работая с обезьянами? Очевидный подход – проводить то, что допустимо, на человеке, а параллельно изучать ту же систему на обезьянах или других млекопитающих. В изучении восприятия становится ныне общепринятой практикой опираться на тщательные психофизические исследования, проведенные на человеке (а также менее надежные психофизические исследования на обезьянах), в комплексе со всеми данными нейроанатомии и нейрофизиологии о соответствующих областях мозга обезьяны. Иногда можно привлечь и другие данные, полученные на человеке, такие как индуцированные потенциалы (тип волновой активности мозга) или различные виды сканирования, довольно затратные, но все это дает гораздо более низкое разрешение как в пространстве, так и во времени, и гораздо менее информативно.

Вот почему для таких, как я, зрительная система привлекательна – ведь, насколько нам известно, макака видит так же, как мы. Разумеется, одним из важнейших предметов для нас является язык, так как это одно из главных отличий человека от всех низших животных. К несчастью, именно по этой причине невозможно найти модельное животное для подобных исследований. Поэтому я считаю, что современная лингвистика, сколь угодно развитая, обречена зайти в тупик, если мы не сможем получить больше знаний о том, что происходит у нас в голове, когда мы разговариваем, слушаем речь и читаем. Если язык устроен столь же сложно, как и зрение (что более чем вероятно), вероятность понять, как он работает, без этого дополнительного знания кажется мне довольно низкой. Лингвисты, что неудивительно, обычно находят этот аргумент неубедительным.

Я также решил, что по крайней мере на первых порах не стану пытаться экспериментировать. Помимо того, что опыты часто затруднительны технически, я полагал, что принесу больше пользы как теоретик. Мне представлялось, что я смогу выполнить полезную роль, если рассмотрю проблему зрения со всех возможных ракурсов. Я надеялся, что сумею помочь возвести мосты между различными научными дисциплинами, изучающими мозг каждая со своей точки зрения. Я не особенно надеялся родить какие-либо радикально новые теоретические идеи в столь немолодом возрасте, но был убежден, что смогу плодотворно сотрудничать с учеными помоложе. В любом случае, я считал, что в этой области интересное закончится не скоро и что в мои годы я имею право делать что-то ради собственного развлечения, при условии, что у меня получится хотя бы иногда вносить какой-то полезный вклад.

После того как я определился с решением изучать зрительную систему млекопитающих, встал вопрос, с какого аспекта начинать. Я не получал никакого медицинского образования, так что мое знание нейроанатомии было почти нулевым. Я решил начать с нее, поскольку считал ее самой нудной составляющей. Лучше, думал я, отделаться от нее поскорее, прежде чем приступить к более интересным предметам.

К своему удивлению, я вскоре обнаружил, что в сухой нейроанатомии произошла незаметная революция. В первую очередь благодаря изобретению разнообразных, достаточно простых биохимических методов появилась возможность изучать взаимосвязи между различными зонами мозга. Притом эти технологии были не только эффективными, но и значительно более надежными, чем старые методы. На беду, к людям они по большей части были неприменимы (вы не можете в конце эксперимента вскрыть аспиранта, выполнявшего роль испытуемого, по очевидным этическим причинам). В результате мы оказались в курьезной ситуации: мы больше знаем о нейронных связях в мозгу макаки, чем о них же в мозгу человека. В принципе, мы скоро будем иметь столько данных об общей картине нейронных связей макаки, о распределении в ее мозгу различных химических нейромедиаторов и рецепторов к ним, что единственным способом оперировать всей этой информацией будет хранение ее в компьютерах, причем в какой-нибудь наглядно доступной графической форме.

Я начал с того, что обратился к публикациям и обзорам экспериментальных данных. Оказалось, что экспериментаторов не так сложно понять, если вы искренне интересуетесь их темой и предварительно затратили кое-какие усилия, чтобы по их публикациям составить себе представление о том, какие задачи они ставят. Так я обзавелся множеством новых друзей, перечислять которых тут не хватит места. Мне посчастливилось найти в Ла Хойе несколько человек, интересующихся зрением либо теорией. Команда отделения психологии в Калифорнийском университете в Сан-Диего, под руководством Боба Бойтона занималась психофизикой зрения. Среди других психофизиков, с которыми я познакомился, были Дон Мак-Леод и В. С. Рамачандран (Рама), переехавший в Сан-Диего из Ирвайна. Я также общался с другой группой того же отделения – группой теоретиков, которую тогда возглавляли Дэвид Румельхарт и Джей Мак-Клеланд. Потом меня приняли туда же на должность адьюнкт-профессора психологии, несмотря на то что мои познания в этой области были крайне поверхностны.

В 1980 г. в Солковский институт прибыл Макс Коуэн и собрал там большую команду нейробиологов. Некоторые из них, включая Ричарда Андерсена (теперь он перешел в Массачусетский технологический институт) и Саймона Леве, занимаются опытами со зрительной системой. Хотя Макс уволился в 1986 г., Солковский институт все еще уделяет большое внимание нейробиологии и недавно привлек Тома Олбрайта, экспериментатора из Принстона.

Еще одной удачей стало приглашение в 1984 г. канадской четы философов Пола и Пат Черчленд на работу в отделении философии Калифорнийского университета в Сан-Диего. Непросто отыскать философов, хотя бы отдаленно интересующихся работой мозга, так что немалое подспорье – возможность проконсультироваться с двумя мыслителями, глубоко увлеченными этой темой. Недавно Пат написала объемистую книгу «Нейрофилософия», вышедшую в редакции Bradford Book издательства Массачусетского технологического института, где изложила философские, теоретические и экспериментальные аспекты их новой концепции. Подзаголовок книги – «К единой науке о мозге и мышлении» (Towards a Unified Science of the Mind-Brain).

Рамачандран и Гордон Шоу (физик из Калифорнийского университета в Ирвайне) совместно основали клуб имени Гельмгольца – немецкого физика XIX в., заложившего основы научного изучения восприятия. Члены клуба собираются примерно раз в месяц, заседание начинается с обеда и заканчивается ужином. В промежутке выступают два докладчика по темам, связанным главным образом со зрительной системой. Такой график оставляет много времени для обсуждения. Заседания проходят в Ирвайне, на полпути между Лос-Анджелесом и Сан-Диего, так что их удобно посещать членам клуба и вольнослушателям из других университетов.

Здесь не хватит места даже и пытаться обозреть то, что в наше время известно о зрительной системе – об этом можно написать как минимум отдельную книгу, – не говоря уже обо всем остальном мозге. Ограничусь самыми общими замечаниями. Во-первых, далеко не всем очевидно, зачем вообще изучать зрение. Мы ведь и так все отлично видим, вроде бы не прилагая усилий, так в чем проблема? Как это ни удивительно, для того чтобы сконструировать привычную нам яркую мысленную картину внешнего мира, мозгу приходится производить множество сложных действий (иногда именуемых расчетами), которых мы практически не осознаем.

Мы слишком легко впадаем в Миф о Гомункуле – представление, согласно которому где-то в нашем мозгу сидит маленький человечек и наблюдает за всем происходящим. Большинство нейробиологов в него не верит (исключение – сэр Джон Экклз) и считают, что наша картина мира и самих себя создается единственно импульсами нейронов и другими химическими либо электрохимическими процессами в нашем организме. Как именно эти процессы снабжают нас яркими образами мира и себя, мы и стремимся выяснить.

Основная задача зрительной системы – строить внутри нашей головы образы объектов внешнего мира. Ей приходится использовать для этого сложные сигналы, попадающие на сетчатку наших глаз. Хотя эти сигналы содержат много косвенной информации, мозгу нужно ее обработать, чтобы получить непосредственные образы того, что его интересует. Так, фоторецепторы наших глаз реагируют на длину волны падающего на них света, отраженного от какого-то объекта. Но мозг интересуется главным образом отражательной способностью (цветом) объекта и может извлечь эту информацию даже при различных условиях освещения этого объекта.

Зрительная система возникла в ходе эволюции, чтобы улавливать множество особенностей реальной среды, эволюционно важных для выживания, – например, распознавать пищу, хищников и потенциальных брачных партнеров. В особенности ее интересуют движущиеся объекты. Эволюция готова ухватиться за любые признаки, которые дадут полезную информацию. Во многих случаях мозгу приходится производить операции как можно быстрее. Нейроны сами по своей природе работают довольно медленно (по сравнению с проводниками в компьютере), поэтому мозг должен быть организован таким образом, чтобы производить вычисления максимально быстро. Как именно это происходит, мы пока еще не понимаем.

Несложно убедить любого человека, что, как бы он ни представлял себе работу собственного мозга, его мозг работает точно не так. Это недоразумение можно продемонстрировать на примере последствий травм человеческого мозга, или психологических опытов на здоровых людях, или уже накопленных данных о мозге обезьян. То, что представляется единым и простым процессом, на самом деле являет собой результат сложного взаимодействия между системами, подсистемами и подподсистемами. Например, одна система отвечает за то, как мы видим цвет, другая – за трехмерное восприятие (хотя от каждого глаза мы получаем информацию лишь в двух измерениях) и т. д. Одна из подсистем последнего зависит от различия между изображениями в каждом из двух глаз – это называется бинокулярным зрением. Другая работает с перспективой. Третья учитывает тот факт, что объекты на расстоянии образуют меньший угол, чем близкие к нам. Прочие работают с заслоном (когда один объект заслоняет часть другого объекта позади себя), различением контуров и теней и т. д. Каждая из этих подсистем для работы вполне может нуждаться в собственных подподсистемах.

При нормальных условиях все системы дают сходные данные, но, применив некоторые хитрости, например, сконструировав искусственную визуальную обстановку, мы можем столкнуть их и вызвать оптическую иллюзию. Если человек заглядывает одним глазом через дырочку в комнату, выстроенную с обманной перспективой, предмет у одной стены комнаты будет выглядеть меньше, чем тот же самый предмет у другой стены. Такая комната в натуральную величину – ее еще называют комнатой Эймса – есть в интерактивном музее «Эксплораториум» в Сан-Франциско. Когда я туда заглядывал, по ней от стены к стене бегали дети. Это выглядело так, словно они вырастали, подбегая к одной стене, и уменьшались, отбегая назад к другой. Разумеется, я прекрасно знал, что росту детей не свойственно меняться подобным образом, но тем не менее иллюзия была стопроцентно убедительной.

Концепцию зрительной системы как «мешка с хитростями» предложил Рама Рамачандран, сформулировав ее в основном по итогам своих элегантных и изобретательных психологических опытов. Он называет свою точку зрения утилитарной теорией восприятия и пишет так:

Вряд ли будет натяжкой предположить, что зрительная система использует запутанный набор узкоспециализированных приемов и практических правил для решения собственных проблем. Если этот пессимистический взгляд на восприятие верен, то исследователям зрения стоит поставить задачу выявить эти правила, а не приписывать системе уровень высокоорганизованности, которым она попросту не обладает. Поиск всеобъемлющих принципов может оказаться упражнением на тщетность.

Этот подход, по крайней мере, согласуется с тем, что известно об организации коры мозга у обезьян, и с мыслью Франсуа Жакоба, что эволюция – кустарь. Конечно, может быть и так, что в основе всех разнообразных хитростей лежит лишь небольшой набор базовых алгоритмов обучения, которые, надстраиваясь поверх генетической болванки, создают все сложное многообразие механизмов.

Кроме того, я обнаружил, что, хотя многое известно о поведении нейронов в различных элементах зрительной системы (по крайней мере у обезьян), никто в действительности не имеет ясного понятия о том, как мы вообще что-то видим. Об этом прискорбном положении дел, как правило, совсем не рассказывают студентам на лекциях по этому предмету. Нейрофизиологи располагают некоторыми обрывочными сведениями о том, как мозг расчленяет изображение, как отдельные области коры нашего мозга обрабатывают информацию о движении, цвете, расположении в пространстве и т. д. Непонятно пока еще, однако, как мозг совмещает все эти данные и получает единую живую картину мира.

Я обнаружил, что существует и еще один аспект предмета, о котором не принято упоминать, – сознание. Более того, интерес к этой теме обычно воспринимается как признак начинающегося маразма. Это табу чрезвычайно изумило меня. Конечно, я знал, что до недавнего времени большинство опытов по изучению зрительной системы проводилось на животных, находящихся под наркозом, так что, строго говоря, они и видеть-то ничего не могли. В течение многих лет это не волновало экспериментаторов, поскольку они замечали, что нейроны мозга даже в столь стесненных обстоятельствах ведут себя достаточно любопытно. С недавних пор на бодрствующих животных стали проводить больше опытов. Хотя таких животных технически гораздо труднее изучать, есть и преимущества, ведь животных в конце рабочего дня возвращают в вольеры, а экспериментатор отправляется домой ужинать. Такое животное можно изучать месяцами перед тем, как его вскрыть. (Опыты на животных под наркозом бывают гораздо более обременительными, поскольку они обычно длятся много часов за один прием, после чего животное сразу вскрывают.) Занятно, но, похоже, никто еще не проводил эксперимента по сравнению одного и того же типа нейронов у одного и того же вида животных при бодрствовании и под наркозом.

Разговоры о сознании раздражали не только нейрофизиологов. То же можно было сказать о психофизиках и когнитивистах. Около года назад психолог Джордж Мандлер организовал курс семинаров на психологическом факультете Калифорнийского университета в Сан-Диего. Семинары продемонстрировали, что едва ли существует консенсус по поводу формулировки проблемы, не говоря уже о ее решении. Большинство докладчиков, похоже, не думали, что решение возможно в ближайшем будущем, и просто обходили эту тему. Только Давид Ципзер (еще один бывший молекулярный биолог, ныне работающий в этом университете) разделял мои взгляды, а именно, что сознание, по-видимому, связано с каким-то специальным нейронным механизмом, вероятно, распределенным по гиппокампу и ряду областей коры, и что экспериментальное выявление хотя бы общей природы этого механизма не является чем-то невозможным.

Любопытным образом в биологии порой именно те ключевые проблемы, которые кажутся неразрешимыми, сдаются легче всего. Это потому, что набор даже отдаленно пригодных решений бывает настолько мал, что в конце концов мы неизбежно приходим к правильному. (Пример такой проблемы обсуждается в конце гл. 3.) По-настоящему трудны для разрешения те биологические вопросы, где правдоподобных ответов имеется чуть ли не бесконечное множество и нужен кропотливый труд, чтобы попытаться в них разобраться.

Одно из главных препятствий к экспериментальному исследованию сознания – то, что люди могут рассказать нам о сознаваемом (например, что они утратили способность различать цвета и видят теперь только оттенки серого), но от обезьян этого добиться куда труднее. Конечно, обезьян можно, затратив немалые усилия, научить нажимать одну кнопку, если они видят вертикальную линию, и другую, когда им показывают горизонтальную. Но человека можно попросить представить себе цвет или вообразить, что он шевелит пальцами. Непросто дать такое задание обезьяне. И все же в голову обезьяны мы можем заглянуть с гораздо большим разрешением, чем в голову человека. Следовательно, небесполезно иметь какую-то теорию сознания, хотя бы условную, чтобы руководствоваться ею в опытах как на людях, так и на обезьянах. Подозреваю, что сознание может обходиться без постоянной работы системы долгосрочной памяти, но краткосрочная память для него необходима. Непосредственно из этого следует, что нужно обратиться к молекулярной и клеточной природе краткосрочной памяти – вопросу, который обычно игнорируется, – а это можно проделать на животных, даже на таком недорогом и относительно несложном, как мышь.

А как быть с теорией? Нетрудно заметить, что какая-то теория необходима, поскольку любое объяснение работы мозга должно описывать сложные взаимодействия большого числа нейронов. К тому же эта система в высшей степени нелинейна, и нелегко предугадать, как именно поведет себя любая сложная модель.

Вскоре я узнал, что по этой части ведется много теоретической работы. Она распадалась на множество отдельных школ, представители каждой из которых не особенно любили ссылаться на работы других. Это обычное свойство областей, в которых не появляется определенных выводов. (Яркими примерами могут служить философия и теология.) Я возобновил знакомство с теоретиком Дэвидом Марром (которого встречал еще в Кембридже), когда он вместе с другим теоретиком, Томазо (Томми) Поджио, 1 апреля 1979 г. прибыл на месяц в Солковский институт для обсуждения проблем зрительной системы. Увы, Дэвид безвременно скончался в возрасте всего лишь тридцати пяти лет, но Томми (ныне в Массачусетском технологическом институте) все еще в добром здравии и стал моим близким другом. Впоследствии я познакомился со многими теоретиками, занимающимися мозгом (их слишком долго тут перечислять), в основном на конференциях. С некоторыми я сошелся ближе благодаря частным визитам.

Основная доля теоретических построений касалась нейронных сетей – то есть моделей, в которых группы единиц (подобных нейронам) сложным образом взаимодействуют для выполнения какой-то функции, связанной – нередко весьма отдаленно – с тем или иным аспектом психологии. Была проделана большая работа по обучению подобных сетей с помощью простых правил – алгоритмов, разработанных теоретиками.

В недавнем двухтомнике под заглавием «Параллельная распределенная обработка», или ПРО (Parallel Distributed Processing, PDP), описывается основная работа одной из теоретических школ – группы из Сан-Диего и примыкающих к ней. Он вышел под редакцией Дэвида Румельхарта (ныне работает в Стэнфорде) и Джея Мак-Клеланда (ныне в университете Карнеги – Меллона), в издательстве Bradford Books. По меркам объемистого и достаточно академичного издания книга оказалась бестселлером. Результаты, изложенные в ней, столь впечатляющи, что метод ПРО оказал огромное влияние как на психологов, так и на специалистов в области искусственного интеллекта (ИИ), в особенности при разработке нового поколения высокомощных (многопоточных) компьютеров. Он, похоже, сулит новую волну в психологии.

Нет сомнения, что получены весьма многообещающие результаты. Например, можно смоделировать, как нейросеть хранит «память» о разных комбинациях импульсов своих «нейронов» и как любой небольшой фрагмент картины импульсов (the cue) может вызвать из памяти всю картину целиком. Или то, как подобная система может обучаться опытным путем, усваивая негласные правила (так же как ребенок обучается правилам грамматики родного языка, не будучи способен сформулировать их). Один из примеров такой сети – сеть NetTalk, разработанная Терри Сейновски (Terry Sejnowski) и Чарльзом Розенбергом, – демонстрирует поразительные способности машинки обучаться грамотному произношению письменного текста на английском, даже такого, с которым она не встречалась ранее. Терри, с которым я хорошо знаком, устроил однажды впечатляющий показ за обедом для сотрудников Солковского института. (Он также рассказывал о ней в телепередаче Today.) Эта простая модель не понимает, что она читает. Ее произношение никогда не бывает совершенно правильным, в том числе потому, что в английском произношение иногда зависит от значения.

При всем при том у меня имеются заметные поводы для скепсиса в отношении успехов, достигнутых на данный момент. Во-первых, используемые «единицы» практически всегда обладают свойствами, не встречающимися в природе. Например, одна и та же единица может давать возбуждение на одних своих терминалах и торможение на других. Наши современные данные о мозге, пусть и ограниченные, указывают на то, что это если и происходит, то нечасто, по крайней мере в новой коре. Следовательно, невозможно проверить все подобные теории на уровне нейробиологии, поскольку самый первый и очевидный тест они полностью проваливают. На это теоретики обычно отвечают, что без проблем можно адаптировать модели так, чтобы сделать их в этом отношении более приближенными к реальности, но на практике они себя этим никогда не утруждают. Возникает ощущение, что они и не хотят знать, верна их модель или неверна. К тому же наиболее эффективный алгоритм из тех, что ныне в ходу [т. н. метод обратного распространения ошибок], представляется крайне маловероятным в нейробиологии. Все попытки преодолеть данное конкретное затруднение кажутся мне весьма натянутыми. С неохотой я вынужден заключить, что эти модели – не настоящие теории, а скорее демонстрации. Они схоластические доказательства того, что единицы наподобие нейронов и в самом деле могут творить чудеса, но вряд ли есть основания предполагать, что реальный мозг работает именно так, как они указывают.

Разумеется, вполне возможно, что такие сети и алгоритмы можно использовать для разработки нового поколения сверхмощных компьютеров. Главная проблема тут, по-видимому, в том, чтобы найти возможность воспроизвести регулируемые связи, имея дело с кремниевыми микросхемами, но эта проблема, вероятно, скоро будет решена.

К этим моделям нейронных сетей можно предъявить еще две претензии. Первая – они недостаточно быстродействующие. Скорость – решающий фактор для животных, включая нас. Теоретики пока не уделяют скорости должного внимания. Вторая касается отношений. Тут можно привести следующий пример. Представьте себе, что на экране вспыхивают на миг две буквы – любые две буквы, – одна над другой. Задача – определить, какая из них верхняя. Эту задачу независимо предложили психологи Стюарт Сазерленд (Stuart Sutherland) и Джерри Фодор. Ее легко решают старые модели – посредством процессов, традиционно используемых в современных цифровых компьютерах, – но попытки сделать это с помощью параллельной распределенной обработки выходят, на мой взгляд, корявыми. Подозреваю, что элемент, который упущен, – механизм внимания. Внимание, скорее всего, представляет собой серийный процесс, работающий поверх многопоточных процессов ПРО.

Одна из проблем теоретических нейронаук в том, что они находятся где-то в зазоре между тремя областями. На одном полюсе находятся исследователи, работающие напрямую с мозгом. Это наука. Она пытается установить, какие механизмы природа использует в реальности. На другом полюсе лежит сфера разработок искусственного интеллекта. Это техника. Ее цель – сконструировать прибор, который работает так, как нам надо. Есть и третья область – математика. Математиков не волнуют ни наука, ни техника (разве только как источник проблем), а лишь отношения между абстрактными сущностями.

Те, кто занимается теорией мозга, следовательно, разрываются между несколькими направлениями. Интеллектуальный снобизм внушает им, что они должны получать такие результаты, которые одновременно глубоки и убедительны математически и вместе с тем приложимы к мозгу. Это вряд ли возможно, если мозг в действительности – сложная комбинация довольно простых уловок, возникших в ходе естественного отбора. Если придуманная ими идея бесполезна для объяснения работы мозга, теоретики могут надеяться, что, возможно, она пригодится в разработках ИИ. Поэтому у них нет мотивации двигаться дальше и прилагать усилия для прояснения того, как мозг работает на самом деле. Куда интереснее создавать «занятные» компьютерные программы, да и гранты под такую работу получать проще. Есть даже вероятность заработать кое-какие деньги, если эти идеи пригодятся в разработке компьютеров. Ситуацию ухудшает общее убеждение, что психология – «гуманитарная» наука, которая редко дает позитивные результаты, зато ее все время заносит из одной модной теории в другую. Кому же захочется задаться вопросом, верна ли на самом деле модель, – ведь если задаться, то застопорится целый ряд направлений работы.

Сам я не могу похвастаться особыми успехами по этой части. Размышления о нейронных сетях натолкнули нас с Грэмом Митчисоном в 1983 г. на новое объяснение, зачем нужна фаза быстрого сна, однако две другие команды исследователей независимо додумались до того же механизма. Читать об этом лекции увлекательно, ведь сном и сновидениями интересуются все. Я выступал с лекциями перед физиками (в том числе в научно-исследовательском отделе нефтедобывающей компании), в дамских клубах, перед школьными учителями, равно как и на различных академических кафедрах. Основная мысль состоит в том, что воспоминания хранятся в мозгу млекопитающих совсем не так, как данные в системе регистрации или в современном компьютере. По распространенному мнению, в мозгу воспоминания одновременно и «распределены», и в определенной мере накладываются друг на друга. Симуляции показывают, что это возможно без проблем, если только система не перегружена – в таком случае она может выдавать ложные воспоминания. Последние зачастую представляют собой смесь реальных воспоминаний, между которыми есть что-то общее.

Такие смешения живо напоминают мне о сновидениях и о том, что Фрейд называл сгущением. Например, когда нам кто-то снится, человек в сновидении нередко представляет собой смешение образов двух или трех сходных людей. Поэтому мы с Грэмом предположили, что в фазе быстрого сна (иногда именуемой фазой сновидений) действует механизм автоматической коррекции, снижающий вероятность смешения воспоминаний. Мы полагаем, что этот механизм лежит в основе сновидений, большинство из которых, кстати, сами вообще не запоминаются. Верна ли эта идея, покажет лишь время.

Я также написал статью о нейрофизиологической основе внимания, но и она весьма спекулятивна. Пока еще мне не удалось создать теории, которая одновременно была бы новаторской и убедительно объясняла множество разрозненных экспериментальных данных.

Оглядываясь назад, я вспоминаю, насколько странной мне казалась эта новая область. Без сомнения, по сравнению с молекулярной биологией наука о мозге пребывает в умственно отсталом состоянии. И темп ее развития намного медленнее. Это можно уяснить из того, как употребляется слово «недавно». В классической филологии (изучении латинской и греческой литературы) «недавно» означает «за последние двадцать лет». В нейробиологии или психологии это обычно подразумевает последние несколько лет, тогда как в современной молекулярной биологии речь идет о последних неделях.

Существуют три основных способа разобраться в сложной системе. Можно разобрать ее по частям и описать все элементы по отдельности – из чего они состоят и как работают. Можно установить, какое именно место каждый элемент занимает в системе относительно других элементов и как они взаимодействуют друг с другом. Эти два подхода сами по себе вряд ли объяснят работу системы. Чтобы это сделать, необходимо также изучить поведение самой системы и ее компонентов, осторожно воздействуя на различные части и наблюдая, как это воздействие сказывается на поведении на всех уровнях. Если бы мы могли проделать это с нашим собственным мозгом, мы бы мгновенно разобрались, как он работает.

Молекулярная и клеточная биология могли бы оказать решающую помощь во всех трех подходах. В первом начало уже положено. Например, уже выделены и описаны гены, кодирующие ряд ключевых нейромедиаторов, и синтезированы их продукты, которые благодаря этому стало легче изучать. Кое-какие успехи сделаны на втором пути, но этого мало. Например, технология инъекционного окрашивания отдельного нейрона таким образом, что все нейроны, связанные с ним, и только с ним, будут помечены, может стать полезной.

Третий подход также нуждается в новых методах, тем более что обычные методы удаления различных долей мозга слишком грубы. Например, было бы полезно уметь отключать, желательно обратимо, определенный тип нейронов в отдельной области мозга. Кроме того, нужны более тонкие и эффективные методы изучения поведения как организма в целом, так и групп нейронов. Молекулярная биология развивается так быстро, что скоро будет оказывать решающее влияние на все стороны нейробиологии.

Летом 1984 г. меня пригласили выступить на VII Европейском конгрессе по зрительному восприятию, проходившем в Кембридже, в Англии. Это было одно из тех послеобеденных выступлений, от которых ждут развлекательности не меньше, чем информативности. Я закончил речь заявлением, что через поколение большинство сотрудников кафедр психологии будут заниматься «молекулярной психологией». Ответом мне было полнейшее недоверие на лицах большинства слушателей. «Если не верите, – сказал я, – взгляните, что стало с кафедрами биологии. Теперь там большинство исследователей занимается молекулярной биологией, хотя еще поколение назад это был предмет, знакомый лишь узким специалистам». Недоверие сменилось настороженностью. Неужели нас ждет такое будущее? Последние года два показывают, что оно уже становится настоящим [примером могут служить недавние исследования NMDA-рецепторов глутамата и их роли для памяти].

Нынешнее состояние наук о мозге напоминает мне состояние молекулярной биологии и эмбриологии, скажем, в 1920–1930-е гг. Открыто много интересного, каждый год приносит неуклонный прогресс на всех фронтах, но главные вопросы еще остаются по большей части без ответов и вряд ли получат ответы без новых технологий и новых идей. Молекулярная биология достигла зрелости в 1960-е, тогда как эмбриология только вступает в фазу полноценного развития. Наукам о мозге предстоит еще долгий путь, но увлекательность предмета и важность ответов будут неизбежно двигать ее вперед. Необходимо детально разбираться в нашем мозге, если мы хотим верно оценить наше место в этой громадной и сложной вселенной вокруг нас.