В начале июля Константин Анохин, нейробиолог, член-корреспондент Российской академии наук и Российской академии медицинских наук, прочитал в культурном центре ЗИЛ лекцию «Непознанная территория: открытие мозга». Какие процессы происходят в мозге? Как их расшифровать и понять? Slon публикует ее сокращенный вариант.
Загадки мозга
Гиппокамп – важная часть лимбической (обонятельной) системы головного мозга. Внутри мозга есть несколько зон, где образуются новые нервные клетки, это явление было открыто при изучении мышей, но затем ученые получили подтверждение тому, что мозг человека также постоянно генерирует нервные клетки. Буквально в этом месяце Королевский институт Швеции опубликовал крайне важную работу, согласно которой в нашем мозге происходит постоянное обновление клеток, до 2% новых нейронов в год. За несколько десятилетий жизни почти все клетки мозга могут обновиться.
Гиппокамп отвечает за память. Медицина знает случаи, когда в результате травмы головы у человека разрушался гиппокамп. В 1950-е годы практиковали операции, призванные помочь больным эпилепсией. Старались удалить эту еще не известную по своим функциям область мозга, где происходили судорожные разряды, запускающие эпилептический припадок. Да, операция могла оказаться эффективной в устранении симптомов эпилепсии, но приводила к невосполнимой утрате памяти.
Генри Молашену, перенесшему такую операцию, было 27 лет. Вскоре после хирургического вмешательства стало понятно, что пациент потерял память: 15 лет жизни выпали из нее, Генри помнил себя только маленьким мальчиком. И с этого момента не был уже способен запомнить ни одного факта, ни одного события, ни одного лица, ни одной прочитанной книги на протяжении всей своей жизни, а умер он в 2009 году. К моменту смерти Молашен знал о мире только то, что помнил со времени юности, с сороковых годов.
Очень интересный для понимания функций гиппокампа факт заключается в том, что интеллект в этом случае практически не страдает. Например, Генри Молашен остался после операции таким же, как и был: у него было прекрасное чувство юмора, он мог говорить о самых разных вещах.
Но стоило отвлечься на 20–25 секунд, и он полностью забывал, что происходит. Пострадала долговременная память.
Еще интересный факт, но уже не о гиппокампе и даже не о человеческом мозге. Есть способы, благодаря которым мы можем предположить, как выглядит мир в представлении, скажем, обезьяны. Рыбы умеют различать изображения других рыб, не путая их с лягушками. Пчелы, как показывают последние эксперименты, способны разделить на категории человеческие лица. Более того, они отличают нормальные лица от изображений, узнают одно лицо в разных ракурсах, а также отличают картину Моне от картины Пикассо. Например, их тренируют: приучают к тому, что сахар находится за конкретной картиной Моне. И потом, когда пчелам наряду с этим показывают другие полотна, они направляются к Моне.
А в Канаде около десяти лет назад начались исследования реакции мозга человека на молитву.
В результате обнаружили область мозга, которая активизируется при мысли о Всевышнем.
И мир разделился на две части: одни говорят, что так Он разговаривает с нами; другие считают, что таким образом мы выдумали себе бога.
Too much information. Слишком много информации для обработки
Ученые сейчас знают не только о строении отдельных клеток, они проникают в контакты между клетками. Количество таких контактов в человеческом мозге – около ста триллионов, примерно столько же, сколько звезд в Млечном Пути, а число вариантов расположения этих контактов относительно друг друга и передачи между ними сигнала просто непредставимо. Их больше, чем наблюдаемых элементарных частиц в известной нам Вселенной.
Исследователи сейчас понимают, что именно в этих контактах, огромных сетях, образующих активные нервные клетки, «разговаривая» друг с другом, сохраняется вся библиотека произведений, и она куда масштабнее вавилонской. Но как исследовать? Как их понять? Как все сохраняется в нашей памяти? Есть несколько способов, помогающих ответить на эти вопросы. Один из них – набирать больше данных.
Но европейские ученые подсчитали, что научных работ и без того слишком много: 30 миллионов статей и книг не способен прочитать ни один человеческий мозг.
Существует трудность. Самая простая биосистема, на примере которой изучаются эти процессы, – почвенная нематода, червяк длиной около миллиметра. У него 302 нейрона, они тщательно исследованы. Нейроны связаны друг с другом 8 тысячами контактов, которые тоже все известны. Это единственная сеть нервной системы, которая может быть сегодня полностью реконструирована. Но расчет сознания существующими на данный момент способами, на обычных компьютерах, может занять 10 в 76 степени лет. Это существенно дольше многих процессов во Вселенной. Есть способы сокращения этого времени с помощью экспериментальных методов.
Считать не надо, надо воображать
Другой путь – попробовать смоделировать это пространство не математическими расчетами, а представить себе, как оно устроено, прибегнув к помощи теорий. Чтобы вообразить, как организован этот закрытый от нас мир, нужно сделать два предварительных шага:
- осознать, что наш мозг – огромная нейронная сеть (это нам уже удалось);
- попытаться понять, как работают наши нейронные сети.
Несколько теорий, которые могли бы нам помочь
Теория Эйнштейна. Если мы имеем дело с миром фактов, то никакое простое их накопление в той или иной области не может дать нам понимания глубинных процессов. Эйнштейн нарисовал своеобразную линию, собирающую факты воедино. И эта линия, по его убеждению, не описывается понятиями индукции, это не индукция, а воображение (imagination), изобретение (invention). Ученые изобретают понятия, описывающие неизвестные миры. Гипотезы разрабатываются детально, а затем, при столкновении с изучаемым предметом, проверяются, и довольно жестко, реальностью. Эйнштейн рисовал стрелки: одна из них возвращается к тем фактам, из которых сформировалась теория, она должна объяснить новым способом известные уже вещи, получающие теперь совершенно новое истолкование. Хорошая теория способна выйти за пределы наших наблюдений.
Математическая теория. Среди исследователей человеческого сознания зреет убеждение, что нам сегодня нужно не больше фактов и даже не эмпирические законы. Потому что описать какие-то процессы – это еще не значит понять, как устроено сознание и психика. Нам нужна фундаментальная теория. Такая же, как фундаментальная теория в физике, объясняющая не то, что происходит в мозге и сознании, а почему и как это происходит.
Теория интегрированной информации. Каждое наше состояние, каждый наш образ, который мы храним, имеет два фундаментальных свойства:
- Дифференцированность. Это означает, что вы можете размещать в образе тысячи разных вещей: видеть сложность изображения, ощущать исходящее от объекта тепло и так далее.
- Интегрированность. В то же самое время вы не можете отделить в сознании черные линии того или иного изображения от белых.
Любое состояние сознания – сумма интегрированной информации, присутствующей в момент времени в активно действующем мозге. И то, что является сверхинформацией в отдельных его частях, становится нашим субъективным состоянием сознания.
Согласно теории, которую мы пытаемся построить, множество пересечений формируют строго организованные сети. Каждую из них мы называем функциональной системой, потому что она выполняет конкретную функцию. Большинство этих сетей находятся в неактивном состоянии, их можно назвать спящими. И когда вы что-то делаете, работает только небольшая их часть.
Подытожим. Такими нам видятся принципы выстраиваемой теории мозга:
- Наш мозг – огромная сеть.
- Она разделена на подсети.
- Код, которым написаны «произведения библиотеки» мозга, не лежит в отдельных конкретных частях. «Произведения» составляются из общего информационного пространства, как в случае с лежащей на жестком диске компьютера информацией, она располагается в разных его участках, кластерах.
