Учёные начинают находить ответы на вопрос, который так давно волновал философов.
Сознание — это всё, что вы чувствуете. Это мелодия, застрявшая в голове, сладкий вкус шоколадного мусса, зубная боль, любовь к ребёнку и горькое понимание того, что в конце концов все ощущения закончатся. Происхождение и природа этих переживаний, иногда называемых «квалиа», были загадкой со времён ранней античности и до недавнего времени. Многие современные философы сознания, например, Даниэль Деннетт из Университета Тафтса, считают существование сознания недопустимым противоречием тому, что есть мир из материи и пустоты, вот почему сознание объявляется иллюзией. То есть они либо отрицают существование квалиа, либо утверждают, что наука никогда не сможет изучить данное явление.
Если бы это утверждение было правдой, то статья была бы очень короткой. Стоит пояснить, почему так много людей верит в то, что у человека есть чувства. Если у меня будет абсцесс зуба, даже самый изощрённый аргумент не убедит меня в том, что боли нет, и не уменьшит мучения ни на йоту. Так что такое понимание связи между душой и телом не для меня.
Большинство учёных принимают сознание как данность и стремятся понять его связь с объективным миром, который описывается наукой. Более четверти века назад Фрэнсис Крик и Кристоф Кох решили отложить в сторону философские дискуссии о сознании, которые интересовали ученых со времён Аристотеля, и начать искать его физическое отражение. Что происходит в той части мозга, которая порождает наше сознание? Как только мы сможем это понять, мы, может быть, сможем приблизиться к решению более фундаментальных проблем.
В частности, сейчас идёт поиск нейронных коррелятов сознания (НКС) — наименьших нейронных механизмов, которых в совокупности достаточно для какого-либо конкретного осознанного опыта в ощущениях. Например, что должно произойти в мозгу, чтобы вы почувствовали зубную боль? Должны ли нервные клетки взаимодействовать с какой-то особенной частотой? Нужно ли активировать какие-то особые «нейроны сознания»? В каких зонах мозга будут находиться эти клетки?
В определении понятия НКС важно слово «наименьший». Сам мозг можно считать НКС — он создает ощущения изо дня в день. Однако месторасположение сознания можно обозначить точнее. Рассмотрим спинной мозг — гибкую трубку нервной ткани 46 см длиной, которая находится внутри позвоночника и содержит около миллиарда нервных клеток. Если спинной мозг до шейной зоны повреждается в результате травмы, то у человека парализует руки, ноги и туловище, он больше не сможет контролировать кишечник и мочевой пузырь, а также лишится телесных ощущений. И всё же парализованные люди продолжают познавать жизнь во всей её многообразии — они видят, слышат, чувствуют запахи, испытывают эмоции и запоминают столько же, сколько и до инцидента, который радикально изменил их жизнь.
Рассмотрим мозжечок, «маленький мозг» в задней части мозга. Данный отдел мозга является одним из древнейших в эволюционном смысле и участвует в контроле моторики, положения тела в пространстве и походки, а также ответственен за выполнение сложных последовательных движений. Игра на фортепиано, набор текста на клавиатуре, фигурное катание или скалолазание — все эти действия невозможны без участия мозжечка. В нём находятся нейроны мозга, называемые «клетками Пуркинье», у которых есть усики со сложной электрической динамикой, способные развеваться как веерный коралл. Также в мозжечке находится наибольшее число нейронов (около 69 миллиардов, большинство из которых — звёздчатые клетки), что в четыре раза больше, чем количество нейронов в остальных частях мозга вместе взятых.
Что происходит с сознанием, если человек частично лишается мозжечка в результате инсульта или после хирургического вмешательства? Да почти ничего, что бы значительно отразилось на сознании! Пациенты с повреждениями мозжечка жалуются на некоторые проблемы по типу потери беглости при игре на фортепиано или менее быстрого набора текста на клавиатуре, но никогда не поступает жалоб на потерю аспектов сознания. Пациенты слышат, видят и чувствуют себя хорошо, сохраняют ощущение себя, вспоминают прошлые события и продолжают проецировать себя в будущем. Даже рождение без мозжечка не сильно влияет на сознание человека.
Весь аппарат мозжечка не имеет отношения к субъективным переживаниям. Почему? Подсказка в его единообразной и параллельной нейронной сети, похожей на параллельно соединённые аккумуляторы. Мозжечок почти как цепь прямого распространения — один ряд нейронов питает следующий за ним, а тот питает третий ряд. В мозжечке нет петель обратной связи, которые бы резонировали «туда-обратно» в рамках электрической активности. Учитывая время, необходимое для появления сознательного ощущения, большинство теоретиков делают вывод, что петли обратной связи точно должны быть. Кроме того, мозжечок функционально разделён на сотни или даже больше независимых вычислительных модулей. Каждый из них работает параллельно, с непересекающимися «входами и выходами», которые управляют движениями или различными моторными и когнитивными системами. И они почти не взаимодействуют друг с другом — это ещё одна особенность, необходимая для существования сознания.
Важный урок, который можно вынести из анализа спинного мозга и мозжечка заключается в том, что гений сознания не появляется в любом месте возбуждения нервной ткани. Нужно что-то ещё. Этот дополнительный фактор был обнаружен в сером веществе, составляющем кору головного мозга, его внешнюю поверхность. Это тесно связанная между собой нервная ткань, шириной около 35 см. И вот эти части, связанные между собой белым веществом, находящиеся в черепе. Все имеющиеся данные указывают на то, что в появлении ощущений участвует неокортикальная ткань.
Можно сузить область расположения сознания ещё больше. Взять, к примеру, эксперименты, в которых правый и левый глаз подвергали воздействию разных раздражителей. Предположим, что изображение Дональда Трампа видно только для левого глаза, а изображение Хиллари Клинтон — только для правого глаза. Мы можем предположить, что вы увидите странное наложение изображений Трампа и Клинтон друг на друга. На самом деле, сначала на несколько секунд вы увидите Трампа, после чего он исчезнет, и появится Клинтон, после чего она исчезнет, и Трамп снова появится. Два изображения будут бесконечно сменять друг друга — неврологи называют это бинокулярным соперничеством. Поскольку мозг получает неоднозначную информацию, он не может определить: это Трамп или Клинтон?
Если вы при этом лежите в томографе, который регистрирует вашу мозговую деятельность, учёные зафиксируют активность в широком спектре кортикальных зон, которые в комплексе называются «задняя горячая зона». Это теменные, затылочные и височные области в задней части коры мозга, которые играют важную роль в отслеживании того, что мы видим. Любопытно, что первичная зрительная кора, которая получает и передает информацию, поступающую от глаз, не отражает того, что видит человек. Схожее разделение по функциям отмечается в случае слуха и осязания: первичная слуховая и первичная соматосенсорная кора не оказывают непосредственного влияния на содержание слухового или соматосенсорного опыта. Следующая обработка информации после сознательного восприятия (образов Трампа и Клинтон) происходит в задней горячей зоне.
Более показательны два источника клинических знаний: электростимуляция кортикальных зон и исследование пациентов после потери определённых зон мозга из-за травм или болезней. Например, перед удалением опухоли головного мозга или очага, из-за которого происходят эпилептические припадки, нейрохирурги стимулируют близлежащую кортикальную ткань с помощью электродов. Стимуляция задней горячей зоны может вызывать разнообразные ощущения. Это могут быть вспышки света, образы геометрических фигур, искажённые лица, слуховые или зрительные галлюцинации, чувство нереальности происходящего, желание двигать определённой конечностью и так далее. А вот стимуляция передней части коры по большому счёту не вызывает осознанных ощущений.
Также показательны истории болезни пациентов с неврологическими заболеваниями первой половины 20-го века. Хирурги порой были вынуждены удалять большие участки префронтальной коры, чтобы добраться до опухоли или облегчить эпилептические припадки. Что примечательно, на пациентов это не оказывало сильного влияния. Потеря части лобной доли имела некоторые негативные последствия: у пациентов порой отмечались неуместные эмоции или действия, двигательная активность чуть ухудшалась и порой отмечалось неконтролируемое повторение определённых действий или слов. Однако после операции их личность и IQ не поменялись, и пациенты продолжали жить ещё много лет, тем самым доказав, что удаление части лобной доли мозга не повлияло на их сознание. А вот удаление даже небольшой части задней коры, в которой находится горячая зона, может привести к серьёзным изменениям: многие пациенты не смогут распознавать лица, различать движения, цвета и объекты пространства.
Получается, что зрительные образы, звуки и другие ощущения зарождаются в задней коре головного мозга. Насколько учёные могут судить, почти все сознательные переживания появляются именно там. В чём же принципиальное различие между задней корой и префронтальной корой головного мозга? Точно не известно. Но недавние исследования показывают, что нейробиологи постепенно приближаются к разгадке.
Существует потребность в устройстве, которое бы точно отслеживало присутствие или отсутствие сознания у людей с ограниченными возможностями или недееспособных больных. Например, во время операции используется наркоз, чтобы пациенты не двигались, не испытывали боли, сохранялось стабильное кровяное давление и у пациентов в последствии не было травматических воспоминаний. К сожалению, этого не всегда удаётся достичь: каждый год сотни пациентов в той или иной степени находятся в сознании.
Другие пациенты с серьёзными повреждениями мозга из-за травм, инфекций или тяжелых отравлений могут жить годами, не имея возможности разговаривать или отвечать на обращения к ним. Доказать, что они ощущают жизнь, трудно. Представьте себе космонавта, который потерялся в открытом космосе и лишь слышит попытки центра управления полётами связаться с ним. Радио вышло из строя и не транслирует его голос, вот почему его начинают считать пропавшим без вести. Примерно так же дело обстоит с больными, повреждённый мозг которых не позволяет им общаться с миром, — это некоторая форма одиночного заключения.
В начале 2000-х годов Джулио Тонони из Университета Висконсин в Мэдисон и Марчелло Массимини из Миланского университета впервые использовали метод «zap and zip» (вспышка и угасание) для проверки, находится ли человек в сознании или нет. Учёные приложили к голове больного катушку с проводами и послали мощный импульс в мозг, который вызвал кратковременный электрический ток. Это возбуждало и тормозило клетки-партнёры нейронов в связанных областях цепи, и волна резонировала по коре мозга до прекращения активности. Сеть электроэнцефалограммных датчиков, закреплённых на голове, регистрировала эти электрические сигналы. По мере распространения сигналов их следы, каждый из которых соответствовал точкам на мозге, преобразовывались в записи.
Эти записи не говорили о каком-то алгоритме, но и не были случайными. Примечательно, что чем более предсказуемыми были ритмы «вспышек и угасаний», тем больше была вероятность, что человек находился без сознания. Исследователи сжали данные записей с помощью алгоритма, которым архивируют файлы в ZIP-формате. С помощью сжатия стало возможным оценить сложность реакции мозга. У добровольцев, которые находились в сознании, был отмечен «индекс сложности пертурбации» от 0,31 до 0,70, причём индекс стал меньше 0,31, когда испытуемые находились в состоянии глубокого сна или под наркозом. Массимини и Тонони протестировали метод на 48 пациентах с повреждениями головного мозга, но которые находились в сознании, и обнаружили, что в каждом случае метод подтверждал присутствие сознания.
Затем команда испытала zap and zip на 81 пациенте, которые либо едва были в сознании, либо были в коме. В первой группе, которая демонстрировала некоторые признаки нерефлексивного поведения, метод верно показал, что 36 из 38 пациентов были в сознании. Из 43 пациентов в коме, с которыми родные у изголовья не смогли установить контакт, 34 были без сознания, а 9 — нет. Мозг реагировал так же, как у человека в сознании, однако они были не в состоянии общаться с родными.
Текущие исследования направлены на то, чтобы стандартизировать и улучшить метод zap and zip для неврологических больных, а также распространить его на пациентов психиатрических и педиатрических отделений. Рано или поздно учёные обнаружат набор нейронных механизмов, которые порождают ощущения. Хотя данные результаты будут иметь большое значение для науки и медицины и смогут помочь людям, они не ответят на некоторые фундаментальные вопросы. Почему именно эти нейроны, а не другие? Почему на такой частоте, а не на другой? Главный вопрос — как и почему появляются ощущения? В конце концов, мозг, как и любой другой орган, подчиняется тем же физическим законам, что и сердце или печень. Но в чём тогда их отличие? Что происходит в мозге, что мы слышим звуки и видим цвета?
В конечном счёте, нам нужна убедительная научная теория сознания, которая ответит на вопрос, при каких условиях конкретная физическая система — будь то сложная цепь нейронов или кремниевых транзисторов — создает ощущение. Кроме того, почему качество ощущений отличается? Почему чистое голубое небо так сильно отличается от звука плохо настроенной скрипки? Есть ли у этих различий в ощущениях какая-то функция, и если да, то какая? Такая теория позволит нам предсказывать, какие системы будут что-либо ощущать. В отсутствие теории с проверяемыми прогнозами любые предположения о сознании машин основываются лишь на нашей интуиции, на которую, как показывает история науки, полагаться нужно с осторожностью.
Обсуждения возникли вокруг двух самых популярных теорий сознания. Первая — это теория глобального нейронного рабочего пространства (GNW), которая была выдвинута психологом Бернардом Дж. Баарсом и нейробиологами Станисласом Деаном и Жан-Пьером Шанжё. Теория заключается в том, что когда человек что-либо осознает, то множество различных областей мозга получают к этой информации доступ. Если человек действует неосознанно, то информация поступает в конкретной чувственно-двигательной системе. Например, когда вы быстро печатаете, вы делаете это «на автомате». И вы не знаете, как вы это делаете — вы имеете ограниченный доступ к данной информации, которая локализуется в нервных цепях, связывающих ваши глаза с быстрыми движениями пальцев.
Теория GNW говорит о том, что сознание возникает из определённого типа обработки информации, и он знаком нам с появления искусственного интеллекта, когда специальные программы получают доступ к небольшому общему хранилищу информации. Все данные, которые были записаны на «доску объявлений», становились доступными для множества вспомогательных процессов: оперативная память, язык, модуль планирования и так далее. Согласно теории GNW, сознание возникает, когда поступающая сенсорная информация, записанная на такую доску, передаётся во множество когнитивных систем, которые обрабатывают эти данные для воспроизведения в речи, хранения в памяти или совершения действий.
Поскольку на такой доске места не бесконечно много, то мы располагаем небольшим объёмом информации. Предполагается, что сеть нейронов, передающих эти сообщения, находится в лобной и теменной долях. Как только эти разрозненные данные передаются на сеть и становятся общедоступными, информация становится осознанной. То есть человек её осознает. Современные машины ещё не достигли этого уровня когнитивной сложности, но это всего лишь вопрос времени. Теория GNW утверждает, что компьютеры будущего будут иметь сознание.
Общая информационная теория сознания (IIT), разработанная Тонони и его коллегами, имеет совершенно другую отправную точку: переживания. У каждого переживания своя характеристика. Оно имманентно, существует только для человека как «хозяина»; оно структурировано (жёлтое такси тормозит, а коричневая собака перебегает улицу); и оно специфично, т.е. отличается от любого другого сознательного переживания, такого как конкретный кадр в фильме. Кроме того, оно единое и определённое. Когда вы сидите на скамейке в парке в тёплый солнечный день и смотрите, как играют дети, разные элементы опыта — лёгкий ветерок в ваших волосах или радость от смеха детей — не могут быть разделены на части.
Тонони постулирует, что любой сложный и взаимосвязанный механизм, в структуре которого зашифрован набор причинно-следственных связей, будет обладать этими свойствами и, следовательно, будет иметь некоторый уровень сознания. Это будет похоже на что-то, что идёт изнутри. Но если механизму будет не хватать сложности и сопряжённости в работе, не будет осознания. Как утверждает теория IIT, сознание — это неотъемлемая внутренняя способность, связанная с такими сложными механизмами, как человеческий мозг.
Теория IIT также выводит единое неотрицательное число ?, которое количественно выражает осознанность. Если ? равно нулю, то система себя не осознает. И наоборот, чем больше это число, тем более система сознательна. Мозг, которому свойственна высокая связность систем, имеет очень высокое значение ?, что подразумевает высокий уровень осознанности. Теория IIT объясняет ряд фактов: почему мозжечок не задействован в сознании и почему метод zap and zip работает (те цифры, которые получаются — это ? в грубом приближении).
Теория IIT также предсказывает, что симуляция мозга человека на базе цифрового компьютера не может быть названа «сознательной», даже если от человека не отличишь. Подобно тому, как симуляция гравитационного притяжения чёрной дыры не меняет пространственно-временной континуум вокруг компьютера, искусственно созданное сознание никогда не создаст сознательный компьютер.
Существует ещё две проблемы. Во-первых, нейробиологи должны научиться использовать более совершенные инструменты, чтобы наблюдать и исследовать бесконечные соединения нейронов, которые образует мозг, для дальнейшего определения нейронных следов сознания. Это займёт десятилетия, учитывая сложность центральной нервной системы. Во-вторых, нужно проверить две доминирующие на настоящий момент теории. Или, возможно, создать новую теорию из частей уже имеющихся, которая бы чётко объяснила главную загадку нашего существования — как орган, который весит 1,35 кг, воплощает в себе чувство жизни.
Сознание — это всё, что вы чувствуете. Это мелодия, застрявшая в голове, сладкий вкус шоколадного мусса, зубная боль, любовь к ребёнку и горькое понимание того, что в конце концов все ощущения закончатся. Происхождение и природа этих переживаний, иногда называемых «квалиа», были загадкой со времён ранней античности и до недавнего времени. Многие современные философы сознания, например, Даниэль Деннетт из Университета Тафтса, считают существование сознания недопустимым противоречием тому, что есть мир из материи и пустоты, вот почему сознание объявляется иллюзией. То есть они либо отрицают существование квалиа, либо утверждают, что наука никогда не сможет изучить данное явление.
Если бы это утверждение было правдой, то статья была бы очень короткой. Стоит пояснить, почему так много людей верит в то, что у человека есть чувства. Если у меня будет абсцесс зуба, даже самый изощрённый аргумент не убедит меня в том, что боли нет, и не уменьшит мучения ни на йоту. Так что такое понимание связи между душой и телом не для меня.
Большинство учёных принимают сознание как данность и стремятся понять его связь с объективным миром, который описывается наукой. Более четверти века назад Фрэнсис Крик и Кристоф Кох решили отложить в сторону философские дискуссии о сознании, которые интересовали ученых со времён Аристотеля, и начать искать его физическое отражение. Что происходит в той части мозга, которая порождает наше сознание? Как только мы сможем это понять, мы, может быть, сможем приблизиться к решению более фундаментальных проблем.
В частности, сейчас идёт поиск нейронных коррелятов сознания (НКС) — наименьших нейронных механизмов, которых в совокупности достаточно для какого-либо конкретного осознанного опыта в ощущениях. Например, что должно произойти в мозгу, чтобы вы почувствовали зубную боль? Должны ли нервные клетки взаимодействовать с какой-то особенной частотой? Нужно ли активировать какие-то особые «нейроны сознания»? В каких зонах мозга будут находиться эти клетки?
Нейронные корреляты сознания
В определении понятия НКС важно слово «наименьший». Сам мозг можно считать НКС — он создает ощущения изо дня в день. Однако месторасположение сознания можно обозначить точнее. Рассмотрим спинной мозг — гибкую трубку нервной ткани 46 см длиной, которая находится внутри позвоночника и содержит около миллиарда нервных клеток. Если спинной мозг до шейной зоны повреждается в результате травмы, то у человека парализует руки, ноги и туловище, он больше не сможет контролировать кишечник и мочевой пузырь, а также лишится телесных ощущений. И всё же парализованные люди продолжают познавать жизнь во всей её многообразии — они видят, слышат, чувствуют запахи, испытывают эмоции и запоминают столько же, сколько и до инцидента, который радикально изменил их жизнь.
Рассмотрим мозжечок, «маленький мозг» в задней части мозга. Данный отдел мозга является одним из древнейших в эволюционном смысле и участвует в контроле моторики, положения тела в пространстве и походки, а также ответственен за выполнение сложных последовательных движений. Игра на фортепиано, набор текста на клавиатуре, фигурное катание или скалолазание — все эти действия невозможны без участия мозжечка. В нём находятся нейроны мозга, называемые «клетками Пуркинье», у которых есть усики со сложной электрической динамикой, способные развеваться как веерный коралл. Также в мозжечке находится наибольшее число нейронов (около 69 миллиардов, большинство из которых — звёздчатые клетки), что в четыре раза больше, чем количество нейронов в остальных частях мозга вместе взятых.
Что происходит с сознанием, если человек частично лишается мозжечка в результате инсульта или после хирургического вмешательства? Да почти ничего, что бы значительно отразилось на сознании! Пациенты с повреждениями мозжечка жалуются на некоторые проблемы по типу потери беглости при игре на фортепиано или менее быстрого набора текста на клавиатуре, но никогда не поступает жалоб на потерю аспектов сознания. Пациенты слышат, видят и чувствуют себя хорошо, сохраняют ощущение себя, вспоминают прошлые события и продолжают проецировать себя в будущем. Даже рождение без мозжечка не сильно влияет на сознание человека.
Весь аппарат мозжечка не имеет отношения к субъективным переживаниям. Почему? Подсказка в его единообразной и параллельной нейронной сети, похожей на параллельно соединённые аккумуляторы. Мозжечок почти как цепь прямого распространения — один ряд нейронов питает следующий за ним, а тот питает третий ряд. В мозжечке нет петель обратной связи, которые бы резонировали «туда-обратно» в рамках электрической активности. Учитывая время, необходимое для появления сознательного ощущения, большинство теоретиков делают вывод, что петли обратной связи точно должны быть. Кроме того, мозжечок функционально разделён на сотни или даже больше независимых вычислительных модулей. Каждый из них работает параллельно, с непересекающимися «входами и выходами», которые управляют движениями или различными моторными и когнитивными системами. И они почти не взаимодействуют друг с другом — это ещё одна особенность, необходимая для существования сознания.
Важный урок, который можно вынести из анализа спинного мозга и мозжечка заключается в том, что гений сознания не появляется в любом месте возбуждения нервной ткани. Нужно что-то ещё. Этот дополнительный фактор был обнаружен в сером веществе, составляющем кору головного мозга, его внешнюю поверхность. Это тесно связанная между собой нервная ткань, шириной около 35 см. И вот эти части, связанные между собой белым веществом, находящиеся в черепе. Все имеющиеся данные указывают на то, что в появлении ощущений участвует неокортикальная ткань.
Можно сузить область расположения сознания ещё больше. Взять, к примеру, эксперименты, в которых правый и левый глаз подвергали воздействию разных раздражителей. Предположим, что изображение Дональда Трампа видно только для левого глаза, а изображение Хиллари Клинтон — только для правого глаза. Мы можем предположить, что вы увидите странное наложение изображений Трампа и Клинтон друг на друга. На самом деле, сначала на несколько секунд вы увидите Трампа, после чего он исчезнет, и появится Клинтон, после чего она исчезнет, и Трамп снова появится. Два изображения будут бесконечно сменять друг друга — неврологи называют это бинокулярным соперничеством. Поскольку мозг получает неоднозначную информацию, он не может определить: это Трамп или Клинтон?
Если вы при этом лежите в томографе, который регистрирует вашу мозговую деятельность, учёные зафиксируют активность в широком спектре кортикальных зон, которые в комплексе называются «задняя горячая зона». Это теменные, затылочные и височные области в задней части коры мозга, которые играют важную роль в отслеживании того, что мы видим. Любопытно, что первичная зрительная кора, которая получает и передает информацию, поступающую от глаз, не отражает того, что видит человек. Схожее разделение по функциям отмечается в случае слуха и осязания: первичная слуховая и первичная соматосенсорная кора не оказывают непосредственного влияния на содержание слухового или соматосенсорного опыта. Следующая обработка информации после сознательного восприятия (образов Трампа и Клинтон) происходит в задней горячей зоне.
Более показательны два источника клинических знаний: электростимуляция кортикальных зон и исследование пациентов после потери определённых зон мозга из-за травм или болезней. Например, перед удалением опухоли головного мозга или очага, из-за которого происходят эпилептические припадки, нейрохирурги стимулируют близлежащую кортикальную ткань с помощью электродов. Стимуляция задней горячей зоны может вызывать разнообразные ощущения. Это могут быть вспышки света, образы геометрических фигур, искажённые лица, слуховые или зрительные галлюцинации, чувство нереальности происходящего, желание двигать определённой конечностью и так далее. А вот стимуляция передней части коры по большому счёту не вызывает осознанных ощущений.
Также показательны истории болезни пациентов с неврологическими заболеваниями первой половины 20-го века. Хирурги порой были вынуждены удалять большие участки префронтальной коры, чтобы добраться до опухоли или облегчить эпилептические припадки. Что примечательно, на пациентов это не оказывало сильного влияния. Потеря части лобной доли имела некоторые негативные последствия: у пациентов порой отмечались неуместные эмоции или действия, двигательная активность чуть ухудшалась и порой отмечалось неконтролируемое повторение определённых действий или слов. Однако после операции их личность и IQ не поменялись, и пациенты продолжали жить ещё много лет, тем самым доказав, что удаление части лобной доли мозга не повлияло на их сознание. А вот удаление даже небольшой части задней коры, в которой находится горячая зона, может привести к серьёзным изменениям: многие пациенты не смогут распознавать лица, различать движения, цвета и объекты пространства.
Получается, что зрительные образы, звуки и другие ощущения зарождаются в задней коре головного мозга. Насколько учёные могут судить, почти все сознательные переживания появляются именно там. В чём же принципиальное различие между задней корой и префронтальной корой головного мозга? Точно не известно. Но недавние исследования показывают, что нейробиологи постепенно приближаются к разгадке.
Счётчик сознания
Существует потребность в устройстве, которое бы точно отслеживало присутствие или отсутствие сознания у людей с ограниченными возможностями или недееспособных больных. Например, во время операции используется наркоз, чтобы пациенты не двигались, не испытывали боли, сохранялось стабильное кровяное давление и у пациентов в последствии не было травматических воспоминаний. К сожалению, этого не всегда удаётся достичь: каждый год сотни пациентов в той или иной степени находятся в сознании.
Другие пациенты с серьёзными повреждениями мозга из-за травм, инфекций или тяжелых отравлений могут жить годами, не имея возможности разговаривать или отвечать на обращения к ним. Доказать, что они ощущают жизнь, трудно. Представьте себе космонавта, который потерялся в открытом космосе и лишь слышит попытки центра управления полётами связаться с ним. Радио вышло из строя и не транслирует его голос, вот почему его начинают считать пропавшим без вести. Примерно так же дело обстоит с больными, повреждённый мозг которых не позволяет им общаться с миром, — это некоторая форма одиночного заключения.
В начале 2000-х годов Джулио Тонони из Университета Висконсин в Мэдисон и Марчелло Массимини из Миланского университета впервые использовали метод «zap and zip» (вспышка и угасание) для проверки, находится ли человек в сознании или нет. Учёные приложили к голове больного катушку с проводами и послали мощный импульс в мозг, который вызвал кратковременный электрический ток. Это возбуждало и тормозило клетки-партнёры нейронов в связанных областях цепи, и волна резонировала по коре мозга до прекращения активности. Сеть электроэнцефалограммных датчиков, закреплённых на голове, регистрировала эти электрические сигналы. По мере распространения сигналов их следы, каждый из которых соответствовал точкам на мозге, преобразовывались в записи.
Эти записи не говорили о каком-то алгоритме, но и не были случайными. Примечательно, что чем более предсказуемыми были ритмы «вспышек и угасаний», тем больше была вероятность, что человек находился без сознания. Исследователи сжали данные записей с помощью алгоритма, которым архивируют файлы в ZIP-формате. С помощью сжатия стало возможным оценить сложность реакции мозга. У добровольцев, которые находились в сознании, был отмечен «индекс сложности пертурбации» от 0,31 до 0,70, причём индекс стал меньше 0,31, когда испытуемые находились в состоянии глубокого сна или под наркозом. Массимини и Тонони протестировали метод на 48 пациентах с повреждениями головного мозга, но которые находились в сознании, и обнаружили, что в каждом случае метод подтверждал присутствие сознания.
Затем команда испытала zap and zip на 81 пациенте, которые либо едва были в сознании, либо были в коме. В первой группе, которая демонстрировала некоторые признаки нерефлексивного поведения, метод верно показал, что 36 из 38 пациентов были в сознании. Из 43 пациентов в коме, с которыми родные у изголовья не смогли установить контакт, 34 были без сознания, а 9 — нет. Мозг реагировал так же, как у человека в сознании, однако они были не в состоянии общаться с родными.
Текущие исследования направлены на то, чтобы стандартизировать и улучшить метод zap and zip для неврологических больных, а также распространить его на пациентов психиатрических и педиатрических отделений. Рано или поздно учёные обнаружат набор нейронных механизмов, которые порождают ощущения. Хотя данные результаты будут иметь большое значение для науки и медицины и смогут помочь людям, они не ответят на некоторые фундаментальные вопросы. Почему именно эти нейроны, а не другие? Почему на такой частоте, а не на другой? Главный вопрос — как и почему появляются ощущения? В конце концов, мозг, как и любой другой орган, подчиняется тем же физическим законам, что и сердце или печень. Но в чём тогда их отличие? Что происходит в мозге, что мы слышим звуки и видим цвета?
В конечном счёте, нам нужна убедительная научная теория сознания, которая ответит на вопрос, при каких условиях конкретная физическая система — будь то сложная цепь нейронов или кремниевых транзисторов — создает ощущение. Кроме того, почему качество ощущений отличается? Почему чистое голубое небо так сильно отличается от звука плохо настроенной скрипки? Есть ли у этих различий в ощущениях какая-то функция, и если да, то какая? Такая теория позволит нам предсказывать, какие системы будут что-либо ощущать. В отсутствие теории с проверяемыми прогнозами любые предположения о сознании машин основываются лишь на нашей интуиции, на которую, как показывает история науки, полагаться нужно с осторожностью.
Обсуждения возникли вокруг двух самых популярных теорий сознания. Первая — это теория глобального нейронного рабочего пространства (GNW), которая была выдвинута психологом Бернардом Дж. Баарсом и нейробиологами Станисласом Деаном и Жан-Пьером Шанжё. Теория заключается в том, что когда человек что-либо осознает, то множество различных областей мозга получают к этой информации доступ. Если человек действует неосознанно, то информация поступает в конкретной чувственно-двигательной системе. Например, когда вы быстро печатаете, вы делаете это «на автомате». И вы не знаете, как вы это делаете — вы имеете ограниченный доступ к данной информации, которая локализуется в нервных цепях, связывающих ваши глаза с быстрыми движениями пальцев.
На пути к фундаментальной теории
Теория GNW говорит о том, что сознание возникает из определённого типа обработки информации, и он знаком нам с появления искусственного интеллекта, когда специальные программы получают доступ к небольшому общему хранилищу информации. Все данные, которые были записаны на «доску объявлений», становились доступными для множества вспомогательных процессов: оперативная память, язык, модуль планирования и так далее. Согласно теории GNW, сознание возникает, когда поступающая сенсорная информация, записанная на такую доску, передаётся во множество когнитивных систем, которые обрабатывают эти данные для воспроизведения в речи, хранения в памяти или совершения действий.
Поскольку на такой доске места не бесконечно много, то мы располагаем небольшим объёмом информации. Предполагается, что сеть нейронов, передающих эти сообщения, находится в лобной и теменной долях. Как только эти разрозненные данные передаются на сеть и становятся общедоступными, информация становится осознанной. То есть человек её осознает. Современные машины ещё не достигли этого уровня когнитивной сложности, но это всего лишь вопрос времени. Теория GNW утверждает, что компьютеры будущего будут иметь сознание.
Общая информационная теория сознания (IIT), разработанная Тонони и его коллегами, имеет совершенно другую отправную точку: переживания. У каждого переживания своя характеристика. Оно имманентно, существует только для человека как «хозяина»; оно структурировано (жёлтое такси тормозит, а коричневая собака перебегает улицу); и оно специфично, т.е. отличается от любого другого сознательного переживания, такого как конкретный кадр в фильме. Кроме того, оно единое и определённое. Когда вы сидите на скамейке в парке в тёплый солнечный день и смотрите, как играют дети, разные элементы опыта — лёгкий ветерок в ваших волосах или радость от смеха детей — не могут быть разделены на части.
Тонони постулирует, что любой сложный и взаимосвязанный механизм, в структуре которого зашифрован набор причинно-следственных связей, будет обладать этими свойствами и, следовательно, будет иметь некоторый уровень сознания. Это будет похоже на что-то, что идёт изнутри. Но если механизму будет не хватать сложности и сопряжённости в работе, не будет осознания. Как утверждает теория IIT, сознание — это неотъемлемая внутренняя способность, связанная с такими сложными механизмами, как человеческий мозг.
Теория IIT также выводит единое неотрицательное число ?, которое количественно выражает осознанность. Если ? равно нулю, то система себя не осознает. И наоборот, чем больше это число, тем более система сознательна. Мозг, которому свойственна высокая связность систем, имеет очень высокое значение ?, что подразумевает высокий уровень осознанности. Теория IIT объясняет ряд фактов: почему мозжечок не задействован в сознании и почему метод zap and zip работает (те цифры, которые получаются — это ? в грубом приближении).
Теория IIT также предсказывает, что симуляция мозга человека на базе цифрового компьютера не может быть названа «сознательной», даже если от человека не отличишь. Подобно тому, как симуляция гравитационного притяжения чёрной дыры не меняет пространственно-временной континуум вокруг компьютера, искусственно созданное сознание никогда не создаст сознательный компьютер.
Существует ещё две проблемы. Во-первых, нейробиологи должны научиться использовать более совершенные инструменты, чтобы наблюдать и исследовать бесконечные соединения нейронов, которые образует мозг, для дальнейшего определения нейронных следов сознания. Это займёт десятилетия, учитывая сложность центральной нервной системы. Во-вторых, нужно проверить две доминирующие на настоящий момент теории. Или, возможно, создать новую теорию из частей уже имеющихся, которая бы чётко объяснила главную загадку нашего существования — как орган, который весит 1,35 кг, воплощает в себе чувство жизни.