Книга: Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли

Декодировать осознанную мысль

Декодировать осознанную мысль

Давайте снова сыграем в адвоката дьявола. Что, если глобальная массовая активация действует как предупредительный сигнал, как сирена, которая заводится всякий раз, как мы что-то заметим? Что, если она не имеет никакого отношения к подробностям нашего сознательного мышления? Что, если это просто внезапное возбуждение всех структур мозга, никак не связанное с реальным содержанием субъективного опыта?

На самом деле, в стволовой части мозга и в зрительном бугре имеется множество универсальных ядер, которые, по всей видимости, сигнализируют о том, что требует нашего внимания. Вот, например, голубое пятно — кластер нейронов, расположенных в стволовой части мозга и отвечающих за доставку нейротрансмиттера норэпинефрина, который поступает в различные участки коры головного мозга в стрессовой ситуации, требующей внимания. Выброс эпинефрина может происходить одновременно с осознанием воспринимаемого зрительного образа, а некоторые исследователи утверждают даже, что именно этим бывает вызвана высокая волна РЗ, фиксируемая прикрепленными к коже датчиками во время доступа в сознательный опыт⁵⁰. Сигнал, который испускают норэпинефриновые нейроны, может не иметь отношения собственно к сознанию — просто неспецифический разряд, необходимый для бдительности, но не несущий мельчайших отличительных черт, из которых складывается ткань нашей сознательной психической жизни⁵¹. Назвать этот сигнал средством пробуждения сознания — все равно что перепутать шлепок брошенной под дверь воскресной газеты с текстом новостей, которые в ней напечатаны.

Но как же тогда отделить истинный код сознания от сопутствующих ему бессознательных бантиков и рюшечек? В принципе это не так уж сложно. Нужно всего лишь отыскать в мозгу нейронную репрезентацию, которая поддается декодированию и на сто процентов совпадает с нашим субъективным восприятием⁵². Искомый код сознания должен включать в себя исчерпывающие данные об опыте субъекта, ровно с тем количеством деталей, какое воспринимает сам человек. Он должен оставаться глух ко всему, что человек не заметил, даже если это что-то физически присутствовало при восприятии. И наоборот, он должен включать в себя субъективное содержание осознанного восприятия, даже если человек воспринимает иллюзию или галлюцинацию. Наконец, он должен соответствовать субъективному восприятию видимого сходства/несходства: если мы видим ромб и квадрат как две разные фигуры, а не одну, повернутую на сорок пять градусов, то именно это должно быть прописано в создаваемой мозгом сознательной репрезентации.

Код сознания должен отличаться крайней стабильностью: не меняться, когда мы полагаем, что мир стабилен, но немедленно поддаваться изменениям, как только стабильность будет нарушена. Это условие значительно ограничивает нас в поиске автографа сознания, поскольку почти наверняка исключает из области поиска первичные сенсорные области. Когда мы идем по коридору, стена проецируется на сетчатку в виде постоянно меняющегося изображения, однако мы безразличны к этому движению и считаем, что комната неподвижна. Движение присутствует во всех имеющихся у нас первичных зрительных областях, но мы его не замечаем. Наш взгляд мечется туда-сюда по три-четыре раза в секунду, и спроецированный на сетчатку образ окружающего нас мира скачет вместе с глазом. К счастью, мы не замечаем этой головокружительной пляски, от которой недолго было бы заполучить морскую болезнь; наше восприятие сохраняет стабильность. Даже когда мы глядим на движущуюся цель, нам не кажется, что фон, на котором мы ее наблюдаем, движется в противоположном направлении. Следовательно, скрытый в коре головного мозга код сознания должен отличаться той же стабильностью. Используя орган восприятия движения во внутреннем ухе и прогнозы, связанные с моторными командами, мы каким-то образом ухитряемся вычесть из картины мира наше собственное движение и воспринимаем все нас окружающее как неизменное целое. И только когда мы специально обходим эти предупредительные моторные сигналы — например, перемещаем глаз, аккуратно касаясь его пальцем, — только тогда мир приходит в движение.

Умение не замечать лишнего движения, порожденного нашими собственными перемещениями, — лишь один из множества примеров того, как мозг вычищает из сознательного «краткого доклада» все лишнее и ненужное. Благодаря его неустанной работе мы видим мир как единое целое, а не как мешанину из сигналов, достигающих наших органов чувств. Так, когда мы смотрим телевизор, картинка на экране меняется по 50-60 раз в минуту, причем эксперименты показывают, что эти незаметные вроде бы изменения достигают первичной визуальной коры и ее нейроны начинают подавать сигналы с той же частотой⁵³. К счастью, мы не воспринимаем эти ритмичные колебания, поскольку поступающая в зрительные области в огромных количествах подробнейшая информация достигает нашего сознания в отфильтрованном виде. Результаты экспериментов подтверждают: первичная зрительная кора содержит уйму закодированной информации, но мы эту информацию не воспринимаем⁵⁴.

При этом нельзя утверждать, что наше сознание практически слепо: на самом деле оно выполняет роль активного наблюдателя, в значительной степени изменяющего и трансформирующего образы, которые к нему поступают. В области сетчатки и участков коры, которые первыми принимаются за обработку изображения, центральная часть поля зрения превосходит периферийную: нейронов, отвечающих за восприятие в центральной области, значительно больше, чем нейронов, отвечающих за зрение на периферии. И все-таки нам не кажется, будто мы видим мир через огромное увеличительное стекло, да и лицо или буква, которые мы пытаемся рассмотреть, в размерах не вырастают. Сознание без устали исполняет функцию стабилизатора восприятия.

В качестве последнего примера огромной разницы между поступающими сенсорными данными и тем, что из них делает наше сознание, возьмем цвет. Почти все чувствительные к цвету колбочки расположены по центру глаза, на периферии их мало, но мы все равно воспринимаем цвет даже на краю поля зрения. Мы не шагаем по черно-белому миру, любуясь тем, как расцветают краски на вещах, на которые мы обращаем наш взгляд. Все, что мы осознаем, мы видим в полном цвете. На сетчатке, там, где пролегает зрительный нерв, у нас имеется огромное «слепое пятно», но на нашей картине мира нет никакой черной дыры.

Все это говорит нам о том, что первичные зрительные реакции не могут содержать в себе кода сознания. Для того чтобы мозг сложил пазл восприятия и получил стабильную картину мира, нужно очень много работы. Возможно, именно поэтому автограф сознания появляется так поздно: кора головного мозга просто не успевает разобраться во всей этой мозаике и выстроить устойчивую картинку быстрее чем за треть секунды.

Если это действительно так, тогда на этом этапе деятельность мозга должна включать в себя все данные о нашем сознательном опыте — код всего, о чем мы успели подумать. Если бы мы могли прочесть этот код, то могли бы во всех подробностях ознакомиться с внутренним миром человека, в том числе с его субъективным восприятием и иллюзиями.

Фантастика? Отнюдь. Нейробиолог Квиан Квирога и его израильские коллеги Ицхак Фрид и Рафи Малах сумели записать сигналы отдельных нейронов человеческого мозга, и таким образом открыли дверь в сознательное восприятие⁵⁵. Ученые обнаружили нейроны, которые реагируют лишь на конкретные изображения, места или людей и подают сигнал лишь при наличии сознательного восприятия. Полученные в ходе эксперимента данные свидетельствуют против неспецифической интерпретации. Во время массовой активации мозг возбуждается не весь. В работу вступают только вполне определенные кластеры нейронов, причем форма и расположение этих кластеров явственно говорит о субъективном содержании сознания.

Но как записать работу нейронов, сокрытых глубоко в мозгу? Я уже рассказывал, что современные нейрохирурги, работая с эпилептиками, вживляют им электроды прямо в мозг. Как правило, эти электроды достаточно велики и записывают без разбора все сигналы, поступающие от тысяч клеток. Но нейрохирург Ицхак Фрид, опираясь на более ранние работы в этой области⁵⁶, создал крайне чуткие небольшие электроды, специально предназначенные для записи сигналов отдельных нейронов⁵⁷. В мозгу человека, как и в мозгу большинства животных, нейроны коры обмениваются отчетливыми электрическими сигналами, или «пиками» — такое название они получили за то, что на осциллоскопе отображаются в виде сильнейших всплесков электрического потенциала. Возбуждающие нейроны, как правило, выдают несколько пиков в секунду, причем каждый сигнал быстро перемещается по аксону и достигает как ближних, так и дальних целей. Благодаря смелым экспериментам Фрида мы получили возможность в течение нескольких часов или даже дней записывать все пики, выдаваемые отдельным нейроном, причем сам пациент при этом находится в полном сознании и ведет нормальный образ жизни.

Когда Фрид с коллегами поместили электроды в переднюю височную долю, то сразу же обнаружили интереснейшую вещь. Оказалось, что отдельные нейроны человеческого мозга могут быть крайне избирательны и реагировать на конкретное изображение, имя или даже концепцию. Ученые демонстрировали пациенту сотни изображений лиц, мест, предметов и слов, но каждый конкретный нейрон, как правило, реагировал на одно-два из них. Один нейрон вообще реагировал только на фотографии Билла Клинтона!⁵⁸ За прошедшие годы выяснилось, что нейроны человеческого мозга избирательно реагируют на самые разные фотографии, в том числе изображения членов семьи, знаменитых зданий (здание Оперы в Сиднее, Белый дом) и даже телевизионных знаменитостей вроде Дженнифер Энистон и Гомера Симпсона. Примечательно, что зачастую те же самые нейроны реагировали и на надписи: один и тот же нейрон мог подать сигнал и при появлении надписи «Опера в Сиднее», и при появлении фотографии этого знаменитого на весь мир здания.

Подумать только, теперь мы можем вслепую сунуть в мозг электрод, прислушаться к сигналам нейронов и отыскать клетку, которая голосует за Билла Клинтона! Получается, что, когда мы что-то видим, в мозгу на это реагируют миллионы клеток. Можно предположить, что, взятые все вместе, нейроны передней височной доли образуют сложный внутренний код для людей, мест и других запоминающихся концепций. Каждому конкретному изображению, тому же портрету Клинтона, соответствует особый рисунок активных и неактивных нейронов. Кодируются все явления так точно, что можно научить компьютер угадывать, что видит человек, исходя из того, какие нейроны у него в мозгу посылают сигнал, а какие молчат⁵⁹.

Из этого следует, что данные нейроны реагируют на конкретный зрительный образ крайне избирательно, но при этом их реакция неизменна. Испускаемые ими разряды не подают сигнала к массовой активности, не несут информации о мириадах изменений, а лишь отмечают суть демонстрируемого изображения, предлагая нам ту самую стабильную репрезентацию, которая могла бы использоваться для кодирования сознательных мыслей. Так имеют ли эти нейроны какое-либо отношение к сознательному опыту их хозяина? Да. Важно знать, что многие нейроны передней височной доли испускают сигнал только в том случае, если человек воспринимает определенное изображение сознательно. В одном из экспериментов эти изображения маскировали с помощью бессмысленной мазни и демонстрировали их так быстро, что многие изображения оставались незамеченными⁶⁰. После каждого показа пациент сообщал, смог ли он распознать изображение. Большая часть нейронов его мозга выдавала пики только в тех случаях, когда пациент утверждал, что видел изображение. Открыто демонстрируемые изображения были полностью идентичны сублиминальным, однако для срабатывания клетки требовалось не объективное наличие стимула, а субъективное его восприятие.

На рис. 22 изображена клетка, подающая сигнал при появлении изображения Всемирного торгового центра. Этот нейрон активизируется, лишь когда пациент сознательно воспринимает изображение. Если изображение было замаскировано и распознать его было невозможно, пациент сообщает, что не видел ничего, и клетка не реагирует. Субъективное восприятие играло ведущую роль даже при наличии фиксированной длительности объективной физической стимуляции — когда одно и то же изображение показывали в течение строго определенного времени. Когда длительность демонстрации изображения была установлена точно на грани восприятия, участник сообщал о том, что видел картину, примерно в половине случаев — и пики сигналов приходились именно на те разы, когда присутствовало сознательное восприятие. Реакция клетки воспроизводилась настолько точно, что, подсчитав пики, можно было точно указать, в каких случаях участник воспринимал изображение сознательно, а в каких — нет. Коротко говоря, по объективному состоянию мозга можно было судить о субъективном состоянии сознания.

Рисунок 22. За сознательное восприятие образов отвечают отдельные нейроны, которые подают сигнал, только когда мы осознанно воспринимаем определенное изображение. В этом примере нейрон передней височной доли демонстрирует избирательную реакцию на изображение Всемирного торгового центра, однако практически исключительно в случае, если изображение было увидено осознанно. При увеличении времени показа сознательное восприятие происходит чаще. Нейрон подает сигнал только в случае, когда человек может сообщить, что видел картину (эти случаи помечены стрелкой). Нейрон действует избирательно и редко реагирует на иные образы, например на человеческое лицо или на пизанскую башню. Поздняя устойчивая его активация указывает на совершенно определенный образ, воспринимаемый сознательно. Взятые вместе, миллионы нейронов такого рода кодируют все, что мы видим

Но если нейроны передней височной области сигнализируют о наличии сознательного восприятия, они должны испускать сигналы независимо от того, какие манипуляции мы проделываем с сознанием. И действительно, Фрид с коллегами обнаружил, что срабатывание этих нейронов коррелирует с эпизодами сознательного восприятия и в других парадигмах, не включающих в себя использование маски, — например, при бинокулярной конкуренции. «Клетка Билла Клинтона» подавала сигнал всякий раз, когда один из глаз видел Клинтона, но немедленно затихала, как только другому глазу предлагали конкурирующее изображение шахматной доски, и образ Клинтона вытеснялся из сознания⁶¹. Изображение Клинтона по-прежнему поступало на сетчатку глаза, но с субъективной точки зрения было вытеснено конкурирующим образом, и вызванная им активность не достигала высших корковых центров, в которых формируется сознание.

Взяв средние данные для случаев, когда участники видели изображение, и отдельно для случаев, когда не видели, Квиан Квирога с сотрудниками получили картину уже известной нам массовой активации. Всякий раз, когда участник осознанно наблюдал изображение, клетки передней височной доли спустя примерно треть секунды начинали посылать сильные сигналы, причем продолжалось это в течение значительного времени. Но разные образы пробуждают активность в разных клетках, и потому эти сигналы не следует рассматривать как простое возбуждение в мозгу — скорее следует сказать, что мы наблюдаем содержание сознания. Совокупность активных и бездействующих клеток образует внутреннее кодовое обозначение для содержания субъективного восприятия.

Этот код сознания обладает явственной стабильностью и может быть воспроизведен: всякий раз, когда пациент думает о Билле Клинтоне, в мозгу активируются одни и те же клетки. Собственно говоря, ему достаточно даже просто представить портрет бывшего президента Клинтона, и клетки активируются, несмотря на отсутствие какой-либо объективной внешней стимуляции. Преобладающее большинство нейронов передней височной доли обладает той же избирательностью и так же реагирует на реальные и воображаемые образы⁶². Кроме того, можно активировать эти клетки с помощью воспоминаний. Так, одна клетка, срабатывавшая, когда пациент смотрел мультфильм про Симпсонов, подавала сигнал всякий раз, когда тот же самый пациент в полной темноте вспоминал увиденное.

Впрочем, хотя отдельные нейроны и следят за всем, что мы видим и воспринимаем, было бы ошибкой предположить, что одной-единственной клетки достаточно для пробуждения сознательной мысли. Можно догадываться, что осознанная информация распространяется мириадами клеток. Вообразите себе несколько миллионов нейронов в ассоциативных областях коры мозга. Каждый нейрон занят кодированием фрагмента увиденного. Синхронно подаваемые этими нейронами сигналы в совокупности дают макроскопический мозговой потенциал, который достаточно сильно выражен, чтобы его уловили обычные электроды, помещенные в мозг или даже на поверхность черепа. Сигнал одной клетки на таком расстоянии не уловить, однако сознательное восприятие мобилизует огромные группы нейронов, и потому конфигурация высоких электрических потенциалов зрительной коры позволяет с некоторой степенью уверенности определить, видит человек лицо или здание⁶³. Точно так же можно определить и местоположение, и даже количество предметов, информация о которых хранится у человека в краткосрочной памяти, — достаточно ознакомиться с характером медленных мозговых волн в теменной коре⁶⁴.

Код сознания стабилен и сохраняется на протяжении достаточно большого времени, и потому для его расшифровки можно применять даже фМРТ — методику довольно грубую, усредняющую показатели миллионов нейронов. В одном из недавних экспериментов пациенту показывали лицо или дом, а затем, фиксируя всплеск активности в передней части вентральной височной доли, определяли, что именно пациент увидел⁶⁵. Важно, что характер активности оставался одинаков на протяжении множества показов, в то время как при демонстрации сублиминальных изображений такого устойчивого рисунка не наблюдалось.

Вообразите, что вас уменьшили, сделали меньше миллиметра ростом и отправили в кору головного мозга. Вокруг — тысячи нейронных сигналов. Как выделить из них те сигналы, пики которых свидетельствуют о сознательном восприятии? А вот как: ищите такие наборы пиков, которые имеют три отличительные особенности: они стабильны на протяжении времени, воспроизводятся снова и снова при следующих показах и не меняются, не реагируют на поверхностные изменения, если эти изменения не затрагивают сути. Этим критериям соответствует, в частности, деятельность нейронов коры задней части поясной извилины — высокоуровневой области, отвечающей за интеграцию и расположенной на средней линии теменной коры. Нейроны этой области подают сигналы под воздействием зрительных стимулов, и сигналы эти стабильны до тех пор, пока объект остается неподвижен, даже если при этом движутся глаза⁶⁶. Более того, нейроны этой области настроены отслеживать местоположение объектов в реальном мире, то есть, даже если мы будем осматриваться и глядеть в разные стороны, уровень подачи сигналов останется прежним. Нетривиальная, прямо скажем, задача — ведь изображение в первичной зрительной коре смещается и все же, добравшись до задней части поясной извилины, каким-то образом стабилизируется.

Область задней части поясной извилины, где расположены клетки, отвечающие за неизменность местоположения объекта, тесно связана с так называемой парагиппокампальной извилиной (она находится близ гиппокампа), в которой размещаются «клетки места»⁶⁷. Эти нейроны посылают сигнал всякий раз, когда животное занимает определенное место в пространстве — допустим, оказывается в северо-западном углу знакомой комнаты. Клетки места тоже очень мало реагируют на разнообразные сенсорные изменения и способны подавать связанные с определенным местом сигналы, даже когда животное передвигается по комнате в полной темноте. Самое интересное заключается в том, что нейроны реагируют на то место, в котором, как думает животное, оно находится. Если мы внезапно переменим цвет пола, стен и потолка и таким образом «телепортируем» крысу, заставив ее думать, будто она перенеслась в другую знакомую ей комнату, клетки места в ее гиппокампе некоторое время будут колебаться между двумя интерпретациями, а потом начнут подавать сигналы, соответствующие воображаемой комнате⁶⁸. Декодирование нейронных сигналов в этой области зашло так далеко, что, изучив общий рисунок сигнала нервных клеток, ученые могут сказать, где находится (или думает, что находится) животное, причем даже если оно в это время спит и видит сон об этом месте. Не исключено, что через несколько лет мы сможем расшифровывать подобные абстрактные коды в мозгу человека и таким образом проникнем в его мысли.

Короче говоря, современные нейрофизиологи распахнули тайный ящик сознательного опыта. При наличии сознательного восприятия мы можем записывать протекающую в разных областях мозга нейронную активность, которая уникальна для каждого образа или понятия. Клетки выдают сигнал в том и только в том случае, если человек сообщает, что видел образ, причем неважно, реальный или воображаемый. Каждому осознанному образу, по всей видимости, соответствует воспроизводимый рисунок активности нейронов, который сохраняет стабильность от полусекунды и более до тех пор, пока человек видит этот образ.