Книга: Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли

Бессознательная статистика, сознательные отчеты

Бессознательная статистика, сознательные отчеты

В моей картине сознания присутствует естественное разделение труда. Где-то в шахтах трудится не покладая рук армия бессознательных рабочих, просеивающих горы данных. А где-то наверху сидит эдакий совет директоров, рассматривает краткое описание ситуации и неспешно принимает осознанные решения.

В главе 2 мы говорили о возможностях бессознательного. На бессознательном уровне как минимум частично производятся самые разные когнитивные операции — от восприятия до понимания речи, принятия решений, действия, оценки и подавления. Этажом ниже сознания трудятся одновременно мириады бессознательных процессоров, задача которых — получить как можно более подробную и полную интерпретацию нашей окружающей среды. Они похожи на почти идеальных статистиков, хватающихся за мельчайшие детали восприятия — легчайшее движение, тень, пятно света — и вычисляющих, какова вероятность реального существования этого признака в окружающем мире. Как работники метеорологического бюро сводят воедино десятки наблюдений и высчитывают, какова вероятность дождя в ближайшие несколько дней, так и наше бессознательное восприятие собирает входящие сенсорные данные и высчитывает, какова вероятность того, что все эти цвета, формы, животные или люди действительно присутствуют рядом с нами. Сознание же, наоборот, допускает до нас лишь крошечную часть этой вероятностной вселенной — выражаясь языком статистиков, «образец» бессознательного распределения. Все неоднозначные моменты в этом образце сглажены, и мы получаем упрощенный взгляд, общую оптимальную интерпретацию происходящего вокруг, а уж его можем затем направить в систему принятия решений.

Подобное разделение труда — армия бессознательных статистиков и один-единственный сознательный приниматель решений — может возникнуть у любого способного к перемещению организма просто уже потому, что организму этому необходимо взаимодействовать с окружающим миром. Действовать, исходя из одних только вероятностей, нельзя — в какой-то момент потребуется диктатор, который отмахнется от всех неточностей и примет решение. Как сказал Цезарь, перейдя Рубикон и направив свои войска на Рим, где засел Помпей, alea jacta est — «жребий брошен». Чтобы действовать по собственной воле, надо решиться и перейти точку невозвращения. Может быть, мозг как раз и использует сознание как средство для решительных действий, которое сведет все неосознанные вероятности в единый осознаваемый вариант, чтобы затем отправиться дальше и принимать новые решения.

О том, как вредно метаться меж двух сложных решений, говорится в классической притче про Буриданова осла. В этой притче некий снедаемый голодом и жаждой осел оказался точно посередине между ведром воды и копной сена. Но он был не в силах сделать выбор и потому сдох, терзаемый голодом и жаждой одновременно. Может показаться, что его проблема не стоила выеденного яйца, однако мы постоянно имеем дело с не менее сложными решениями: мир предлагает нам смутные возможности, несущие с собой непредсказуемый и не поддающийся точной оценке результат. Сознание разрешает проблему, предлагая нам лишь одну из многих тысяч интерпретаций мира вокруг.

Одним из первых, кто понял, что даже простейшее сознательное наблюдение является результатом сложнейших подсознательных вероятностных исчислений, был философ Чарльз Сандерс Пирс, последователь физика Германа фон Гельмгольца:

То, что Пирс зовет «кражей», современный когнитивный психолог назвал бы байесовским выводом — в честь преподобного Томаса Байеса (ок. 1701—1761), первого исследователя этой области математики. Метод байесовского вывода заключается в использовании статистических данных в обратном порядке, с тем чтобы выявить скрытые причины наблюдаемого. В классической теории вероятности нам, как правило, говорят, что случилось то-то и то-то (например, «если из колоды с пятьюдесятью двумя картами вытащили три»), а мы оцениваем вероятность того или иного исхода («какова вероятность того, что все три карты окажутся тузами?»). Байесовская же теория, напротив, позволяет нам пройти тот же самый путь, но в другом направлении, от результата к неизвестному пока начальному условию (например, «если из колоды в пятьдесят две карты вытащили три, и все три оказались тузами, насколько вероятно, что колода крапленая и в ней не четыре туза, а больше?»). Это и есть «обратный вывод», или «байесовская статистика». Гипотеза, согласно которой мозг оперирует байесовской статистикой, принадлежит к числу наиболее спорных и активно обсуждаемых вопросов современной нейробиологии.

Оперировать некоей разновидностью обратного вывода мозгу приходится потому, что наши ощущения всегда неоднозначны — причиной каждого может быть целый ряд различных удаленных объектов. Я беру в руки тарелку — она должна быть идеально круглой, но на мою сетчатку этот круг проецируется с искажением, как эллипс, и интерпретаций тут может быть бесчисленное множество. Существует бесконечное множество приплюснуто-вытянутых предметов, которые располагаются в пространстве под самыми разными углами и могут дать аналогичную проекцию на сетчатку глаза. Если же я вижу круг, то лишь потому, что зрительная кора моего мозга выискивает бессчетное множество причин, объясняющих получаемую органами чувств информацию, и решает, что наиболее вероятным объяснением является то, что тарелка имеет форму круга. И хотя самому мне кажется, что я воспринял тарелку как круг мгновенно, на самом деле мозг произвел массу сложных подсчетов и отмел множество других объяснений того же ощущения.

Нейробиологи постоянно доказывают, что на промежуточных этапах зрительного процесса мозг предлагает огромное множество альтернативных объяснений получаемых сенсорных данных. Так, один нейрон может воспринять лишь малый сегмент эллиптической фигуры, в которую превратилась тарелка. Полученные им данные можно увязать с самыми разными фигурами и перемещениями. Но вот зрительные нейроны начинают общаться и «голосовать» за наилучший образ. Все вместе эти нейроны могут прийти к единому выводу. А как гласит знаменитая максима Шерлока Холмса, если мы отбросим все невозможное, то оставшееся и будет истиной, как бы неправдоподобно она ни выглядела.

Бессознательная работа мозга подчиняется строгой логике, и структуры бессознательного идеально подходят для создания статистически точных выводов относительно поступающей сенсорной информации. Так, у нейронов средней височной извилины, где находится вестибулярный анализатор («область МТ»), для восприятия движения предметов имеется лишь крайне узкий канал («рецептивное поле»). В таких масштабах любое движение видится неоднозначным: когда смотришь в щелочку и видишь палку, невозможно точно определить, как эта палка движется. Она может двигаться в направлении, перпендикулярном плоскости, в которой она находится, а может — в любом другом (рис. 14). Эта исходная неясность известна как «проблема апертуры». Отдельные нейроны в нашей области МТ от нее страдают, но на бессознательном уровне — на сознательном уровне она нас не затрагивает. Мы не видим никакой неясности даже в самой сложной ситуации. Мозг принимает решение и предоставляет нам самую вероятную, с его точки зрения, интерпретацию с минимумом движения: та же палка всегда будет для нас двигаться перпендикулярно собственной плоскости. Бессознательная армия нейронов оценит все вероятности, но до сознания дойдет лишь сжатый лаконичный доклад.

Когда мы смотрим на более сложную фигуру, например на прямоугольник, в движении, локальные неясности по-прежнему остаются, но ситуацию можно легко прояснить, так как стороны прямоугольника совершают вполне определенные движения, складывающиеся в уникальную картину. Есть лишь одно общее направление движения, в которое вписываются движения каждой из сторон (см. рис. 14). Отделы мозга, отвечающие за зрение, вычисляют это направление и доносят до нас лишь то самое движение, которое соответствует всем условиям задачи. Запись работы нейронов показывает, что для вычислений требуется время: на протяжении целой десятой доли секунды нейроны области МТ «видят» только локальное движение, а на то, чтобы переключиться и воспринять общее направление движения, им требуется от 120 до 140 миллисекунд⁸. А сознание и знать не знает о происходящем. Субъективно мы видим лишь конечный результат — безупречно движущийся прямоугольник, — и даже не представляем, как неоднозначно мы воспринимали его движение поначалу и сколько работы пришлось проделать нашим нейронным цепям для того, чтобы это движение осмыслить.

Рисунок 14. Сознание помогает делать выводы из неоднозначных ситуаций. Нейроны той области коры, которая реагирует на движение, страдают от «проблемы апертуры». Каждый нейрон получает сигнал только от ограниченной апертуры, называемой обычно «рецептивное поле», и потому не может определить, как направлено движение — горизонтально, перпендикулярно плоскости палки или в любом другом направлении. Однако наше сознание приводит все к единому знаменателю: система восприятия принимает решение и дозволяет нам увидеть лишь малую часть движения, направленную перпендикулярно линии. Когда движется вся поверхность предмета, мы комбинируем сигналы, поступающие от разных нейронов, и улавливаем общее направление движения. Поначалу перемещение каждой точки фиксируется нейронами области МТ, однако вскоре полученная ими информация подвергается глобальной интерпретации, которая соответствует тому, что мы воспринимаем на сознательном уровне. По-видимому, конвергенция происходит, только когда наблюдатель находится в сознании

Интересно, что процесс сведения информации воедино, в ходе которого нейроны области МТ вырабатывают единую интерпретацию происходящего, совершенно прекращается под воздействием анестезии⁹. Потеря сознания сопровождается внезапной дисфункцией нейронных цепей, которые обычно превращают поступающую сенсорную информацию в единое целое. Для того чтобы нейроны могли обмениваться сигналами снизу вверх и сверху вниз и выработать единое решение, нужно сознание. Если сознание отсутствует, процесс объединения сенсорной информации прекращается прежде, чем появится единая согласованная интерпретация происходящего вокруг.

Роль, которую исполняет сознание в процессе разрешения неясных моментов восприятия, становится особенно очевидна, если мы намеренно создаем неоднозначный визуальный стимул — к примеру, предложим мозгу изображение двух решеток, которые наложены друг на друга и движутся при этом в разных направлениях (рис. 15). Мозг не в состоянии разобраться, какая из этих решеток находится впереди, а какая — позади, однако субъективно мы не ощущаем никакой двойственности. Мы не воспринимаем два варианта одновременно — сознательное восприятие принимает решение и заставляет нас считать, что впереди находится одна конкретная решетка. Примечательно, что на передний план по очереди выходят обе возможные интепретации, и решетки каждые несколько секунд меняются местами. Александр Пуже с коллегами доказал, что в случае, если скорость и положение в пространстве непостоянны, длительность восприятия каждой из интерпретаций непосредственно связана с тем, насколько она соответствует получаемой сенсорной информации¹⁰. В каждый момент времени мы наблюдаем наиболее вероятную из интерпретаций, но время от времени ее сменяют другие, длительность существования которых в нашем сознании пропорциональна их статистической правдоподобности. Бессознательное восприятие предлагает варианты, а сознание наобум выхватывает что-нибудь из предложенного.

Рисунок 15. Сознание позволяет нам видеть только правдоподобные интерпретации информации, получаемой посредством органов чувств. Наложив друг на друга две решетки, мы получаем неоднозначную картину, поскольку не можем определить, какая решетка находится ближе к нам. Однако в каждый отдельный момент мы видим лишь один из двух возможных вариантов. Наше сознательное зрение перескакивает с одной картинки на другую, и длительность сохранения каждой интерпретации напрямую зависит от того, насколько вероятно ее соответствие действительности. Таким образом, наше бессознательное зрение предлагает различные варианты, а сознание выбирает самый подходящий из них

Существование этой вероятностной закономерности показывает, что, даже когда мы сознательно воспринимаем некую интерпретацию неоднозначной сцены, наш мозг продолжает трудиться над другими вариантами и готов в любой момент осуществить замену. Бессознательный Шерлок без устали трудится за кулисами, бесконечно вычисляя вероятностные распределения — как заметил Пирс, «вся ткань нашего знания на самом деле представляет собой спутанный войлок гипотез, подтвержденных и отточенных посредством индукции». А на-гора, в сознание, нам выдается один-единственный вариант. Оттого-то мы и не воспринимаем зрение как сложный математический экзерсис: стоит нам открыть глаза, как сознание тут же подбрасывает нам единственное решение. Как это ни парадоксально, но картинка, которую мы воспринимаем сознательно, лишает нас всякой возможности заметить, насколько сложно она устроена.

По-видимому, отбором образцов занимается только и исключительно сознание, ведь в отсутствие сознательного внимания этот процесс невозможен. Вспомним бинокулярную конкуренцию из первой главы, нестабильность восприятия, возникающую, когда один глаз видит изображение, не совпадающее с тем, что видит другой. Когда мы пытаемся сконцентрироваться на этих изображениях, в сферу нашего внимания попадает то одно, то другое по очереди. Мы получаем одну и ту же неоднозначную сенсорную информацию, но можем видеть лишь одно изображение одновременно, и потому нам кажется, что информация постоянно изменяется. Важно заметить, впрочем, что, если мы сконцентрируемся на чем-то постороннем, конкуренция прекратится¹¹. Дискретный отбор вариантов возможен, лишь когда мы сознательно на них концентрируемся. В результате бессознательные процессы оказываются объективнее сознательных. Армия бессознательных нейронов оценивает истинное вероятностное распределение различных состояний мира, а сознание беспардонно урезает картину и предлагает нам либо все, либо ничего.

Сам по себе этот процесс удивительно напоминает квантовую механику (хотя, скорее всего, деятельность нейронных механизмов не выходит за пределы классической физики). Специалисты по квантовой физике утверждают, что физическая реальность представляет собой суперпозицию волновых функций, определяющих вероятность нахождения частиц в конкретных состояниях. Однако всякий раз, когда мы производим замеры, весь спектр вероятностей сворачивается в конкретное состояние «да-нет». Никому еще не доводилось видеть такие невероятные сочетания вероятностей, как, например, шредингеровский кот — наполовину живой, наполовину мертвый. В соответствии с квантовой теорией сам акт физического измерения заставляет вероятности свернуться до одного-единственного конкретного состояния. Что-то подобное происходит и у нас в мозгу: сам акт сознательного наблюдения за объектом сворачивает вероятностное распределение всех возможных интерпретаций и позволяет нам воспринимать только одну из них. Сознание выполняет функцию устройства для дискретных измерений, позволяющего нам быстро зачерпнуть из бескрайнего моря бессознательных вычислений.

Впрочем, эта красивая аналогия может оказаться довольно поверхностной. Ученым еще только предстоит исследовать вопрос о том, применим ли математический аппарат квантовой механики в области когнитивной нейробиологии осознанного восприятия. Одно можно сказать наверняка: разделение труда наш мозг практикует абсолютно во всем. Бессознательные процессы происходят одновременно и выполняют работу статистиков, а сознание не спеша отбирает подходящие образцы. Проследить это можно не только применительно к зрению, но и в речевой области¹². Всякий раз, как мы слышим слово, имеющее более одного значения — например, «лук», как в главе 2, — бессознательный лексикон на время захватывает оба значения, хотя осознаем мы не более одного одновременно¹³. По тому же принципу устроено и наше внимание. Нам кажется, что мы можем концентрироваться лишь на одном вопросе одновременно, однако бессознательные механизмы, отвечающие за выбор объекта, действуют по вероятностному принципу и рассматривают несколько гипотез сразу¹⁴.

Бессознательный Шерлок Холмс забирается даже в нашу память. Ответьте на вопрос: если взять все аэропорты мира, какой их процент будет находиться в США? Не знаете — попробуйте угадать, но ответить надо обязательно. Готовы? А теперь отбросьте первый ответ и придумайте второй. Исследования показывают, что даже вторая ваша догадка будет взята отнюдь не с потолка. Если бы вам предстояло поспорить на деньги, то наибольший шанс на выигрыш вам принесла бы не одна из этих двух догадок, а средняя между ними цифра¹⁵. Наше сознание опять захватывает случайный вариант из скрытого множества распределения ему подобных. Мы можем захватывать ответ раз, другой, третий, но возможностей нашего подсознания так и не исчерпаем.

Удобное сравнение: сознание похоже на человека, который говорит от имени целой организации. У таких гигантских структур, как, например, ФБР, сотрудники исчисляются тысячами, и информации эти структуры накапливают значительно больше, чем может усвоить один человек. Прискорбные события 11 сентября показали, что не всегда легко отделить актуальные знания от разнообразных и разноплановых мнений сотрудников. Чтобы не утонуть в море фактов, президенту приходится положиться на сжатые доклады верхушки организации, а выражать это «общее знание» он поручает одному человеку, говорящему от имени всего ФБР. И подобная иерархическая система использования ресурсов в целом вполне оправданна, даже если порой в ней остаются незамеченными мельчайшие намеки, указывающие на приближение опасности.

Мозг — это такое же учреждение, на службе у него состоят сотни миллиардов нейронов, и полагаться ему приходится на ту же самую систему кратких докладов. Возможно, функция сознания как раз и сводится к тому, чтобы упрощать воспринятую картину и составлять итоговый доклад, который затем будет оглашен и поступит во все другие области — в память, волевую сферу, в структуры, отвечающие за движение.

Чтобы краткий доклад этот был полезен, от него требуется взвешенность и широта охвата. Если в стране разразится кризис, ФБР не станет отправлять президенту тысячи меморандумов с отдельными фрагментами информации — пусть-де сам разбирается. Точно так же и мозг не станет работать с низкоуровневым потоком входящих данных: он соберет их в связную историю. Доклад, который подаст президенту ФБР, и картина, которую выстроит сознание, должны будут содержать интерпретацию происходящего, написанную на «языке мысли», то есть изложенную достаточно кратко для того, чтобы ее можно было передать механизмам, отвечающим за волевую сферу и принятие решений.