Книга: Один день из жизни мозга. Нейробиология сознания от рассвета до заката

От практики к теории

От практики к теории

Если отправная точка нашего исследования – биологический мозг, важнейшая задача состоит в том, чтобы выяснить, как сознание могло возникнуть в этой неприглядной субстанции из разнообразных молекул и клеток, испускающих электрические импульсы. Иными словами, нам нужно определить, что является нейрональным коррелятом сознания (NCC), то есть чем-то уникальным и в то же время универсальным, точно соответствующим прямому субъективному опыту. Варианты, которые нам придется рассматривать, невероятно разнообразны – от крупных областей мозга и нейронных цепей до отдельных клеток и крошечных элементов внутри них. Однако здесь работает общий принцип: фокусировка на определенной функции мозга, которая по какой-то причине была выделена на фоне других. За этим следуют попытки связать ее с сознанием, и здесь важно строгое следование лабораторным или клиническим протоколам (об этом мы еще поговорим немного позже).

Многие выдающиеся ученые пытались разрешить загадку сознания, используя эту стратегию. Пожалуй, самым заметным из них был Фрэнсис Крик, который известен в первую очередь тем, что расшифровал код двойной спирали ДНК в 1953 году. Однако несколько десятилетий спустя он обратил свое внимание на биологию сознания. Целью Крика было понять, что происходит в мозге, когда вы что-то видите и отдаете себе в этом отчет, и как будет отличаться картина, если увиденное не воспринимается сознанием. Разработанная им концепция состояла в том, что в ходе осуществления этих двух сценариев должны быть различия в мозговых процессах. Если человек действительно понимает, что он видит, то, в соответствии с элементарной логикой, любой новый процесс, который мы наблюдаем в его мозге, может оказаться физическим коррелятом сознания. Крик сосредоточился конкретно на визуальных переживаниях не случайно, и не в последнюю очередь потому, что с ними легко проводить манипуляции… до тех пор, пока человек не закрывает глаза.

Когда вся многогранность человеческого сознания сводится к самым базовым элементам, становится ясно: сосредоточив внимание только на одном из пяти чувств (в данном случае на зрительном восприятии), Фрэнсис Крик и его коллега Кристоф Кох могли работать с простыми закономерностями. Их идея заключалась в том, чтобы продемонстрировать ключевой мозговой механизм сознания как «минимальный набор событий, который порождает специфический аспект сознательного восприятия». Другими словами, цель заключалась в том, чтобы определить минимальный набор мозговых процессов, которые могли бы напрямую отражать сознательный опыт.[4]

Было отмечено, что зрительная стимуляция вызывает паттерны активности в группе нейронов, «связанных с объектом или событием», специфически детерминированной для каждого зрительного образа. И здесь сразу возникает вопрос: как может предварительно определенный набор клеток мозга отражать мимолетные моменты сознания? Крик и Кох дают такой ответ на этот вопрос: «Чтобы достичь сознания, нейронная активность должна пересечь некий порог». Но реальная проблема заключается в том, что пороговая нейронная активность не может быть заранее точно определена, и значит, жестко структурированная сеть клеток могла бы демонстрировать что-то новое только одним способом – повышая свою активность, генерируя больше электрических импульсов (потенциалов действия). Но в таком случае репертуар возможностей мозга для формирования сознания будет строго ограничиваться простым увеличением активности нейронов. Но как такого рода количественное изменение может перейти в качественное? Что представляет собой этот Рубикон? У нас нет никаких указаний на то, каким должен быть «порог» и каким образом количественное изменение в коллективной активности может оказаться настолько исключительным, чтобы вызвать качественно иное психическое состояние.

Но мы могли бы намного лучше понять механизмы сознания, досконально изучив чистое, ничем не искаженное восприятие сигналов от одного органа чувств, не так ли? В очень идеализированном экспериментальном сценарии мы можем допустить, что испытуемый смог на короткий промежуток времени сконцентрировать свое внимание на чисто визуальном стимуле, но даже тогда он все равно слышал бы голос экспериментатора, ощущал твердость поверхности стула, на котором он сидит, и, возможно, чувствовал бы легкий запах кожи или полированной древесины. Другими словами, испытуемый в любом случае будет иметь мультисенсорный целостный опыт, который неразделим на пять различных типов сознания, соответствующих каждому из пяти чувств.

Более того, Крик и Кох старались подчеркнуть, что, пытаясь добраться до истоков сознания, они будут брать в расчет некоторые из более сложных аспектов, таких как эмоции и самосознание. Ведь нельзя игнорировать предположение, что наши чувства и эмоции вполне могут быть определяющей квинтэссенцией сознания в его самой базовой форме, как это, вероятно, демонстрируют мурлыкающий кот или лепечущий ребенок. В попытке разложить сознание на базовые элементы мы неизбежно приходим к чистой эмоции, которая является целостным состоянием мозга: грусть, страх, радость – вот что мы видим, а не только лишь визуальный смысл, свободный и независимый от всего остального.

Теперь оставим наши размышления в стороне и вернемся к сценариям, в одном из которых ваше внимание сконцентрировано на зрительном образе, а в другом – нет. Теперь идея состоит в том, чтобы исследовать конкретные состояния сознания пациентов с повреждением головного мозга, а именно то, как они реагируют на раздражители, представленные им в различных условиях. Сопоставляя специфический вид нарушения с отклонениями результатов от нормы, ученые могут заключить, какие области мозга теснее всего связаны с сознанием.

Мозг устроен таким образом, что если зрительная информация предъявляется слева (в левое поле зрения), то она поступает в правое полушарие, если же она предъявляется справа (в правое поле зрения), то попадает в левое полушарие. Разумеется, в норме информация, в какое бы полушарие она ни поступила, немедленно передается по мозолистому телу в противоположное полушарие. Но что происходит, когда мозолистое тело рассечено? Пациенты с повреждением волокон, которые соединяют два полушария, демонстрируют удивительные результаты. Когда исследователь показывает, скажем, яблоко, помещая объект в левое поле зрения пациента (в область «компетенции» правого полушария), пациент не может сказать, что он видит. Это связано с тем, что у большинства людей речевая функция во многом связана с деятельностью левого полушария, поэтому, несмотря на возможность увидеть яблоко, пациент не может сформулировать, что это такое. Когда яблоко расположено в правом поле зрения того же пациента, изображение проецируется в левое полушарие, и пациент на этот раз может сообщить, что видит яблоко.[5]

Другая группа пациентов, которая приковала к себе внимание нейробиологов, – это люди, у которых слепое пятно распространяется практически на все поле зрения так, что они совсем перестают видеть.[6] Поразительно то, что результаты МРТ, тем не менее, показывают, что мозг зарегистрировал и обработал объекты, находившиеся в поле зрения. Пациенты, страдающие от этого состояния, зачастую могут поймать мяч, брошенный им, несмотря на то, что сознательно не могут видеть ни мяч, ни человека, бросающего его, – движения осуществляются ими как будто автоматически.

Но тут есть одно «но»: работая с пациентами, имеющими нарушения в функционировании мозга, мы можем получить представление об особенностях сознания, характерных для конкретного случая – о качестве или содержании, – но это ничего не говорит нам о том, как это сознание возникает. К тому же пациент находится в сознании на протяжении всего эксперимента.

Опять же, можно работать со здоровыми субъектами, на этот раз просто наблюдая за динамическими изменениями в сознании. Некоторые исследователи даже рассматривали сознание как синоним внимания,[7] но это не одно и то же. Например, вы можете проявлять внимание без участия сознания.[8] Когда на мониторе кратковременно и неожиданно вспыхивает изображение, человек способен сформулировать его содержание, даже если времени на разглядывание было недостаточно:[9] за короткий промежуток времени в тридцать тысячных секунды можно уловить «суть» сцены без осознания конкретных деталей. Так же возможно осознание без внимания: даже будучи сосредоточенным на другой задаче, человек различит особенности периферийной сцены: например, изображение животного или транспортного средства,[10] мужского или женского лица.[11]

Эти находки удивительны и подогревают наш интерес, но они все еще не могут пролить свет на основную проблему: понимание таинственной трансформации бессознательного состояния в сознательное, дающее этот дразнящий субъективный внутренний опыт. Разумеется, драма заключается в том, что пациенты с нарушениями связи между полушариями и слепотой (или здоровые добровольцы, у которых экспериментально воспроизведены эти нарушения) постоянно пребывают в сознании: ключевое, основное явление, которое мы хотим исследовать, остается насмешливо постоянным. Важно помнить, что непереходный глагол «быть в сознании» не является взаимозаменяемым с его транзитивным аналогом «осознавать что-то».

Например, только во время «сознательных» визуальных переживаний более поздние этапы обработки зрительной информации выявляются при сканировании мозга. Но что нам на самом деле дает знание, что определенные области мозга совпадают с определенным сознательным опытом? В конце концов, корреляция может быть причиной, следствием, а может не быть ни тем ни другим. Фактическая связь между активной областью мозга и субъективным опытом не очевидна, и мы все еще очень далеки от ее понимания.

Мозг разных млекопитающих отличается по размеру, форме и внешнему виду, но тем не менее состоит из определенных участков, которые легко различимы невооруженным глазом. Так может ли один из этих участков мозга квалифицироваться как «центр» сознания? Не правда ли, кажется замечательной идея, будто мозг состоит из автономных «центров» той или иной функции? Ведь тогда было бы намного проще понимать принципы работы мозга. Именно по этой причине в начале девятнадцатого века набирала популярность «наука» френология (от греч. «изучение ума»). Белые фарфоровые головы, исчерченные линиями сточными с каллиграфическими надписями, такими как «любовь к отечеству» и «любовь к детям», демонстрировали участки мозга, в которых были якобы «заключены» эти качества.

В настоящее время нейробиологи понимают, что это обольстительно упрощенная концепция и что на самом деле нет такой вещи, как «центр» для любой психической функции, не говоря уже о сознании. Есть две веские причины отказаться от такого понятия. Первая: просто не имеет смысла говорить, что мозг состоит из независимых мини-мозгов. В детстве я читала комикс «Олухи» («Numskulls»)[12] про маленьких человечков, которые живут внутри мужской головы. У каждого была своя работа. Например, был отдел очистки носа, а также штаб, откуда менеджер Олух звонил своим подчиненным. Мозг разделялся на комнаты, двери между ними открывались и закрывались. В определенном смысле это довольно грубая карикатура на то, как некоторые люди, говоря о «центрах» в мозге, могут непреднамеренно подстраивать под эту концепцию и сознание. Если мы будем следовать этой стратегии, наша основная проблема никогда не решится.

В любом случае, более полувека исследований показали нам, что мозг работает не так. Возьмите зрение: есть по меньшей мере тридцать различных областей мозга, которые задействованы в процессе восприятия и обработки зрительной информации. Это немного похоже на инструменты в оркестре или рецепт блюда сочень сложными ингредиентами. Каждая область мозга действительно играет свою специфическую роль, но каждая вносит вклад в целое. И результат – нечто большее, чем сумма частей, и здесь заключен сакральный момент сознательного опыта.

Тем не менее существует стойкое убеждение, что сознание должно быть каким-то образом связано с корой, внешним слоем мозга, поскольку эта область в процессе эволюции возникла позднее остальных и степень ее развития коррелирует с умственными способностями животного. Более того, кажется, что простой дезактивации коры достаточно, чтобы обеспечить потерю сознания. Мы могли бы просто сказать, что для сознания требуется полноценная кора, которая взаимодействует с остальными частями мозга. Но на практике мы знаем, что необходимым условием является нормальная работа всего мозга. Так что идея слишком расплывчата, чтобы быть полезной.

Еще одна причина не помещать все яйца в кортексную корзину связана с исследованиями, произведенными почти семь десятилетий назад. Канадский нейрохирург-новатор Уайлдер Пенфилд предположил, что кортекс может быть не таким уж важным для сознательного опыта. Это еретическое предположение было основано на отсутствии нарушений в непрерывности сознания 750 бодрствующих пациентов, подвергавшихся хирургическим процедурам, связанным с удалением частей коры.[13] Кроме того, совсем недавно идея, что кора не играет решающей роли в сознании, была подкреплена исследованием врожденного состояния, известного как анэнцефалия/гидроанэнцефалия, при котором значительная часть головного мозга, включая кору, отсутствует. Дети, появившиеся на свет с этой патологией, тем не менее проявляют признаки бодрствования и сознания, оцениваемые стандартными неврологическими методами.[14] Наконец, в совершенно неповрежденной коре потеря сознания может возникать при абсансных припадках. Иными словами, кора не может быть вместилищем сознания.

Существенная ошибка в любом проекте, направленном на поиск локализации сознания в определенных областях мозга, становится очевидна, когда вы видите результаты сканирования мозга, иллюстрирующие эффекты анестезии. Анализируя их, можно заключить, что множество регионов вовлечено в формирование индивидуального опыта в каждый момент времени. Представьте, что на самом деле есть только один обособленный центр сознания: будь это так, вы бы точно знали, что, подвергая пациента анестезии и тем самым «отнимая» сознание, вы отключаете единственную особую область, и, несомненно, это должно быть отражено на снимках, полученных при сканировании. На деле это не так: исследования демонстрируют отсутствие единого региона в мозге, который бы отключался под воздействием анестезии. Вместо этого мы видим изменение активности по всем направлениям.[15]

Неизбежно призрачная френологическая связь между рельефами черепных костей и личностными чертами оказалась дискредитирована, поскольку прогресс в медицине сделал возможным прямое, инвазивное исследование мозга. Однако рассуждения о френологии имеют отголоски и в последующих клинических интерпретациях. По мере развития медицины врачи становились все более искусными, стало возможным спасение жизни пациентов даже при тяжелых повреждениях головного мозга, например при пулевых ранениях, травмах и инсультах, что, в свою очередь, привело к выявлению специфических неврологических нарушений. Но ошибочные идеи френологии все еще время от времени проскальзывали: было очень заманчиво присвоить пострадавшей области мозга функцию, которая оказалась утраченной. Недостаток в этом рассуждении был отмечен одним психологом более пятидесяти лет назад: если вы извлекли деталь из радио, и устройство «завыло», вы не станете утверждать, будто функция этой детали заключалась в том, чтобы препятствовать «вою».[16] Конечно, если область мозга, о которой идет речь, неисправна, как и деталь радио, целостность системы будет нарушена, но конкретный вклад неисправного элемента нельзя экстраполировать на основании конечного симптома.[17]

Благодаря достижениям в неинвазивных методах визуализации мы знаем, какая область обычно функционирует в здоровом мозге во время определенных видов деятельности. Вы можете посмотреть на результаты сканирования и увидеть яркие пятна активности на сером фоне неактивных областей мозга или, возможно, многоцветные массивы, в которых белое пятно – эпицентр активности, спадающей к периферии сначала до желтого, затем – оранжевого, красного и фиолетового цвета. Сталкиваясь с подобными впечатляющими изображениями, важно иметь в виду, что эти снимки иллюстрируют не мгновенные процессы, а процессы, осуществляющиеся на длительных промежутках времени, то есть большая часть жизненно важной мозговой активности остается за кадром.

Для сканирования мозга характерно временное разрешение в секундах, в то время как передача потенциала действия, который является универсальной электрической сигнатурой активных клеток мозга, осуществляется на три порядка быстрее. Для наглядности можно провести аналогию с фотографиями викторианской эпохи, которые в деталях изображают статичные элементы, однако не могут запечатлеть людей и животных, которые слишком быстро перемещаются. В качестве такого статичного объекта может выступать обнаруженная при сканировании мозга опухоль или стойкое поражение после инсульта. Но они составят, в буквальном смысле, лишь малую часть общей картины.

Тем не менее некоторые ученые[18] настаивают на том, что можно «декодировать» психические состояния, сопоставляя их с изображениями головного мозга и сосредоточиваясь на пространственной структуре ответов в коре. Однако сам термин «декодирование» вводит в заблуждение. Код, по своей сути, представляет собой эквивалентное отображение в иной системе символов, поддающееся точной расшифровке. Точки и тире не имеют смысла, если вы не знакомы с азбукой Морзе. Только зная код, вы можете осуществить декодирование. Однако субъективные психические состояния, если считать, что они действительно аналогичны точкам и тире, не преобразуются обратно в пространственно-распределенную мозговую активность (или наоборот), они являются только ее коррелятом. В науке о мозге еще нет четких представлений обо всех причинно-следственных связях, не говоря уже о схемах кодирования.[19] Пусть вы знаете, что где-то происходит нечто, но вам неизвестно, как это происходит, – не в последнюю очередь потому, что далеко не очевидно, чем именно является это «нечто», особенно когда вы наблюдаете процесс «урывками», в режиме с течением времени на два или три порядка медленнее.

Самая сложная проблема, связанная с областями мозга, претендующими на звание «центра» той или иной психической функции, кроется на уровне самой терминологии. «Центр» предполагает, что в нем все начинается и заканчивается, но нет ни одной зоны мозга, которая работала бы таким образом. Вместо этого все области мозга соединяются друг с другом через пути нервных волокон, которые обеспечивают постоянный диалог даже между областями, удаленными на большие расстояния. В этой системе нет иерархии команд, такой как, например, у матрешек, каждая из которых помещается в другую. Каждая область мозга является своего рода ретранслятором – узлом или перекрестком, но никогда – конечным пунктом назначения. Другая проблема, связанная со сканированием мозга, вытекает из того, что мы привыкли подразумевать под психическим признаком некое особенное свойство – скажем, остроумие или доброту, а не количественный признак. Мы, конечно, отмечаем частоту проявлений или их интенсивность, но скорее как качество, и, таким образом, выявляем свойство характера. Такие изысканные и сложные черты возникают вследствие удивительных взаимодействий множества различных компонентов мозга, начиная с уровня отдельных синапсов и белков и заканчивая изощренной болтовней крупномасштабных нейронных сетей. Таким образом, они бросают вызов простым определениям, их значительно сложнее выделить при визуализации, чем количественный навык: абстрактные феномены, такие как остроумие и доброта, не поддаются измерению – в отличие, скажем, от объема памяти.

Тем не менее это далеко не означает, что мы не делаем важных открытий о функциях мозга, используя эти данные. Просто мы не должны делать поспешных выводов. Возьмем известное исследование с лондонскими таксистами, которые проходили устный экзамен на знание всех улиц и особых участков дорожной системы столицы Великобритании. Визуализация показала, что гиппокамп – участок мозга, связанный с памятью, у представителей этой профессии увеличивается из-за огромной нагрузки на их память.[20] Но это не значит, что мы можем прийти к заключению, что гиппокамп – это единственный «центр» для рассматриваемой функции: в данном случае – сложного и многогранного процесса памяти. Память включает в себя создание множества новых навыков, образов и закономерностей, а также вариантов их последующего применения. Все эти разные типы памяти и этапы обработки затрагивают множество областей и механизмов мозга.[21]

Более поздние попытки найти ключевое свойство мозга, служащее биологической основой сознания, впоследствии вдохновили не столько на выявление специфических мозговых областей, сколько на поиск их взаимосвязей. Много исследований было сосредоточено на связующем звене между внешним слоем головного мозга, корой, и глубоко расположенным таламусом, на области, которая действует как своего рода реле для разных чувств, – таламокортикальной петле. Почему она так интересует исследователей? На то есть несколько причин.

Во-первых, таламокортикальная петля не функционирует у пациентов в стойком вегетативном состоянии (например, в коме), что указывает на ее возможную ключевую роль в формировании сознания (хотя в подобных состояниях активность снижается также и в ряде других областей мозга). Во-вторых, на ранних стадиях сна нейроны таламуса и коры гораздо менее активны по сравнению с состоянием бодрствования. В-третьих, исследователи обнаружили, что непосредственное применение возбуждающего химического вещества (никотина), которое имитирует химический мессенджер в таламокортикальной петле, может восстановить сознание,[22] а повреждение таламуса приводит к его потере.[23] Наконец, анестезия может отключать сознание по причине того, что клетки таламуса перестают контролироваться сигналами обратной связи из коры, и цикл прерывается.[24] Но, несмотря на это, все же остается неясным, почему эта схема является такой значимой для сознания. Что так сильно отличает таламокортикальную петлю от прочих связей в мозге?

Во время сна кора головного мозга претерпевает периоды кратковременных всплесков возбуждения; они чередуются с периодами сниженной активности. Именно эта флуктуация в таламокортикальных сетях связана с переходом от сознательного состояния к бессознательному. Когда клетки таламуса снижают активность, клетки-мишени в коре возвращаются к режиму работы «по умолчанию»: в эти периоды мы можем наблюдать характерные медленные мозговые ритмы, лежащие в основе бессознательного состояния.[25]

Вместо того чтобы «просто» выявлять, какие области мозга оказываются активными в определенных условиях, со временем стратегия исследований сместилась в сторону открытия сложных механизмов: где, когда и каким образом участки мозга взаимодействуют между собой путем перекрестного перекликания широкомасштабных реверберирующих колебаний. Некоторые из этих колебаний связаны с релаксацией и сном и определяются характером взаимодействий между таламусом и корой. Между тем другие частоты, по-видимому, генерируются в определенных областях таламуса или коры и связаны с высшими когнитивными функциями, включая восприятие.[26] Если группы нейронов временно синхронизируют свою активность, этот процесс может иметь заманчивые функциональные перспективы: конкретная частота колебаний – 40 Гц – может являться особенно важным элементом некоей ключевой корреляции.[27]

Однако более поздние исследования показали, что такая синхронизация между нейронами может быть стандартным режимом для мозга, а вовсе не исключением,[28] и нет причины рассматривать какую-либо конкретную частоту как особенное, ключевое условие для возникновения сознания. Кроме того, бессознательное состояние может сопровождаться усилением синхронизации в лобных долях мозга.[29] Наконец, существует ряд сознательных переживаний, которые не связаны с синхронизированной деятельностью мозга, в то время как сильная и резкая синхронизация, как, например, во время острых припадков, на самом деле связана с потерей сознания.[30]

Главная идея, которую развивают все эти исследования, состоит в том, что анатомическая связь между таламусом и корой обеспечивает в лучшем случае необходимую, но не достаточную основу для сознания, а в худшем случае порождает больше вопросов, чем ответов.

Альтернативной тактикой может быть сосредоточение не столько на пространственной специфике работы мозга, сколько на временных рамках протекающих в нем процессов:[31] кажется очень правдоподобным, что сознание имеет место лишь тогда, когда нейронная активность поддерживается на протяжении длительного отрезка времени – порядка нескольких сотен миллисекунд. Критический интервал, разграничивающий «видимые» и «невидимые» события, по-видимому, составляет от 270 до 500 миллисекунд:[32] известный нейробиолог Бенджамин Либет предположил, что этот период необходим для того, чтобы сформировалось осознание события, в то время как самые ранние ответы, возможно, возникли в мозге уже на 25-й миллисекунде.[33]

Существует также альтернативная интерпретация этих данных, заключающаяся в том, что решающим фактором может быть не само время, а конечное состояние, для достижения которого оно потребовалось. Не исключено, что это создание подходящего «окна», дающего возможность для «повторного входа» сигнала, своего рода продолжение реверберации «входа» и «выхода» между конкретными участками мозга.[34] Важным нюансом этой теории является то, что ни в коем случае не следует путать «повторный вход» с простой обратной связью, в результате чего некоторое существующее состояние может быть модифицировано в результате первоначального воздействия.

Обезьяны, по-видимому, реагируют на экспериментальные изображения, только когда их мозговые волны формируют характерный паттерн, который отражает тип нейрональной самонастройки,[35] что также происходит и у людей. Это предположение кажется правдоподобным. Впрочем, оно мало говорит нам о том, почему «повторный вход», накопление итераций между двумя областями мозга, имеет такое большое значение.

Давайте снова изменим тактику. В поисках убедительной связи между сознанием и определенными свойствами мозга мы также можем двигаться в противоположном направлении, фокусируясь не на связях между областями мозга, а на его самых маленьких функциональных элементах – отдельных клетках. В рамках такого подхода мы можем отслеживать функционирование отдельных нейронов у людей, перенесших операцию на головном мозге. Благодаря отсутствию в мозге болевых рецепторов, с середины двадцатого века стало возможным пребывание пациента в сознании во время операций на головном мозге.[36] Канадский хирург Уайлдер Пенфилд, который в свое время прооперировал более пятисот пациентов, смог, в частности, стимулировать открытую поверхность височной доли пациента с тяжелой формой эпилепсии. После подобных беспрецедентных процедур пациенты нередко сообщали о ярких, но похожих на сновидения «воспоминаниях». Такие «воспоминания» могут возникать при стимуляции соседних участков нервной ткани, и даже стимуляция в разное время на одном и том же участке может привести к различным субъективным переживаниям. Эти откровения предполагают, что Пенфилд воздействовал на различные, хотя и перекрывающиеся сети нейронов, в которых один участок нервной ткани мог быть компонентом более чем одной сети, и, наоборот, разные участки могут входить в состав одной и той же сети.

Однако лишь недавно была разработана более совершенная техника регистрации активности клеток головного мозга у пациентов, находящихся в сознании, и новые данные оказались совершенно удивительными. В одном эксперименте, который сначала может показаться немного странным, клетка мозга пациента была возбуждена целыми семью различными изображениями Дженнифер Энистон, но эта же клетка никак не реагировала на восемьдесят других изображений, в том числе фотографии современных кинозвезд, таких как Джулия Робертс, или даже совместные фото Дженнифер Энистон с Брэдом Питтом. Были выявлены определенные клетки мозга, которые реагировали, повышая свою активность, только когда субъекту предъявляли фотографии той или иной знаменитости. В другом эксперименте исследователи обнаружили, что около трети наблюдаемых клеток (44 из 137) оказались также очень избирательными: в данном случае использовались фотографии Холли Берри, впоследствии отреагировавшие клетки получили название «нейроны Холли Берри».[37]

Больше всего ученых поразила согласованность откликов, даже когда субъекту были показаны весьма разнообразные фотографии одного и того же человека или объекта, – явление, известное как «инвариантность». Исследования подобного рода позволяют предположить существование когнитивной обработки на уровне отдельных нейронов. Но может ли одна клетка мозга действительно независимо осуществлять специфическую функцию? Давайте еще немного приоткроем завесу тайны…

В середине двадцатого века было популярно представление о том, что в мозге существует своего рода иерархия функций, которую можно представить как пирамиду, на вершине которой находится некий «босс». Эта концепция хорошо согласовалась с научными изысканиями 1960-х годов, когда два физиолога – Дэвид Хьюбел и Торстен Визель – совершили прорыв, который спустя 20 лет принес им Нобелевскую премию.[38] Хьюбел и Визель, используя технику регистрации отдельных нейронов, исследовали поведение нейронов зрительный зоны коры головного мозга. Эксперимент позволил выявить связь отдельных нейронов с определенным участком зрительного поля. Это означает, что отдельные нейроны зрительной коры отвечают за стимулы, отражаемые определенной рецепторной зоной сетчатки глаза. Удивительное открытие заключалось в том, что когда они глубже проникали в мозг – дальше по пути обработки сигнала, клетки в буквальном смысле становились более избирательными. Казалось, существует иерархия избирательности в обработке зрительной информации: поскольку входной сигнал от сетчатки обрабатывался на последующих этапах в более глубоких участках мозга, рассматриваемые клетки становились более специализированными. Было, конечно же, удивительным открытием, что одна клетка мозга может иметь такую беспрецедентную индивидуальность: это породило некоторые странные экстраполяции, которые вышли за рамки органичной концепции иерархии физических свойств мозга, порождая искусственные иерархии сознания.

На вершине концептуальной иерархии должна находиться наиболее привередливая клетка мозга, в конечном итоге реагирующая только на конкретные образы, такие как лицо, или даже только на конкретное лицо. В то время ученые ссылались на гипотетический «нейрон бабушки», который, как следует из названия, будет реагировать только на внешность вашей бабушки как на конечную ступень в иерархии.[39] Однако идея о том, что единственный «нейрон бабушки» мог бы оказаться эффективным и самодостаточным минипроцессором, была в значительной степени дискредитирована – хотя бы потому, что у нас никогда нет достаточного количества клеток мозга для представления «всех возможных образов и их вариаций».[40] Тогда на помощь приходит простая логика: если у вас никогда не было бабушки, ячейка была бы лишней и потраченной впустую, или если у вас был «нейрон бабушки», но он погиб (как ежедневно гибнет бесчисленное множество нейронов) – тогда вы больше не узнали бы свою бабушку!

Более реалистичная теория, учитывающая специфичность этих одиночных нейронов, заключается в том, что некая более сложная, более поздняя обработка зрительной информации в зрительной коре способна преобразовывать различные визуальные данные в единый формат (образную инвариантность) путем хранения воспоминаний о разных ракурсах одного и того же лица или объекта в разное время.[41] Однако даже такого трюка было бы недостаточно. Оказывается, что некоторые нейроны могут быть активированы не только непосредственным изображением человека, но даже его напечатанным на бумаге именем.[42] Таким образом, наблюдаемая «инвариантность» основана на механизмах, связанных с памятью, что выводит нас далеко за пределы одной лишь обработки зрительного сигнала. Видимо, нам стоит взглянуть иначе на феномен «нейрона бабушки», допуская, что это лишь верхушка айсберга. И хотя такие исследования дают представление о том, как мозг обретает индивидуальность и как он адаптируется к опыту человека, они не позволяют нам вникнуть в суть самого сознания. И все же в поисках возможных коррелятов сознания мы не остановимся даже на уровне отдельных нейронов, мы будем искать еще глубже, намного глубже…

Около пятнадцати лет назад математик Роджер Пенроуз и анестезиолог Стюарт Хамерофф применили совершенно другой подход.[43] Их аргумент состоял в том, что, поскольку сознание еще не было удовлетворительно описано с точки зрения пошаговых алгоритмов, разумно допустить наличие некоего неалгоритмического процесса, базирующегося на принципах квантовой физики, в рамках которой явления ведут себя не так, как предписывают традиционные теории. Эта идея не касалась ни крупных областей мозга, ни нейронных связей, ни даже отдельных клеток; вместо этого Пенроуз и Хамерофф сфокусировали внимание на микротрубочках – микроскопических жестких стержнях, которые содержатся внутри каждой клетки. Эти микротрубочки постоянно изменяют свою структуру – формируются, разрушаются и реорганизуются. Поэтому идея казалась очень перспективной, ведь их изменчивые конфигурации могли бы соответствовать целостным состояниям системы (согласно общепринятым принципам квантовой механики). Будь это так, если количество затронутых процессом нейронов станет достаточно большим, законы квантовой физики, обычно не имеющие силы в макромире, спровоцируют смещение системы в определенное физическое состояние (это явление носит название «квантовая когерентность»), которое каким-то образом могло бы соответствовать моменту возникновения сознания.[44]

Однако из схемы Пенроуза и Хамероффа рождается фундаментальный каламбур. Микротрубочки характерны для всех клеток, но только в случае с клетками мозга допускается, что они являются зоной квантового события, связанного с сознанием. Если это так, то какое уникальное свойство мозга позволяет им вести себя таким особым образом? Эта теория поднимает столько же вопросов, на сколько дает ответ.[45] Среди них и простой аргумент: одно то, что мозг не получается описать только лишь алгоритмическими принципами, не означает, что теория, предлагающая не алгоритмический процесс, должна автоматически рассматриваться как теория сознания.[46]

Давайте подведем итоги: ни одна из описанных теорий не имеет под собой достаточного обоснования, чтобы принять ее за истину. К счастью, у нас есть альтернатива: не начинать с физического мозга и не выискивать подходящее свойство, чтобы приписывать ему способность контролировать сознание, а подойти к проблеме с другой стороны. Теперь нам нужно придумать теоретическую «модель», а затем определить, можно л и ее подтвердить методами нейронауки.