Мозг и его «Я». Кто мы? Откуда мы? Куда мы идем? - Татьяна Владимировна Черниговская

Вторая сторона – технологическая. Мозг является сегодня самым совершенным вычислительным устройством. Лучшие из существующих компьютеров в задачах, которые решает реальный мозг в адаптивной среде, при необходимости быстрой ориентации, принятия решения, использования опыта, отстают от него по эффективности на 6–9 порядков. Наш мозг способен к потрясающе быстрому поиску в огромных массивах данных, распознаванию и работе в «зашумленной» среде, массивным параллельным вычислениям, широчайшему ассоциативному обучению, категоризации, абстракциям, эмоциям и чувствам, затрачивая на все это около 30 ватт. Самые совершенные суперкомпьютеры, способные моделировать лишь часть из этих функций, потребляют мегаватты энергии, достаточные для энергообеспечения небольшого города.

Даже малая толика того, что делает наш мозг, воплощенная в технологии, способна трансформировать общество, промышленность, экономику и жизнь каждого человека. Это несет в себе еще больший технологический потенциал, чем компьютерная революция полвека назад.

Третья сторона в наших исследованиях мозга, возможно, самая важная. Фрэнсис Крик, сооткрыватель генетического кода, посвятивший последние 25 лет жизни расшифровке нейронных кодов сознания, писал: «В масштабе истории человечества основной предмет научных исследований мозга состоит не просто в понимании и лечении различных медицинских состояний, каким бы важным это ни было, а в познании человеком истинной природы своей души». Изучая то, как, по словам И. П. Павлова, «материя мозга производит субъективное явление», мы стремимся понять, кто мы такие, откуда мы пришли, как устроено наше «Я».

Вавилонская библиотека

В одном из небольших рассказов Борхеса говорится об огромной «Вавилонской библиотеке», автор называет ее также Вселенной, состоящей из бесчисленного множества комнат, заполненных шкафами с книгами, в каждой из которых четыреста страниц, на каждой странице сорок строчек из восьмидесяти букв, а число используемых знаков равно двадцати пяти. Во всей Библиотеке нет двух одинаковых книг. Сам автор утверждает – Библиотека беспредельна. Энтузиасты вычислений подсчитали, что ее размеры превосходят объем видимой Вселенной примерно в 10611 338 раз. Вот уже четыреста лет, пишет Борхес, как люди рыщут по комнатам Библиотеки в поисках разгадки ее тайн, теории Библиотеки и ее происхождения.

Я думаю, метафора Библиотеки скрывает за собой Вселенную состояний нашего сознания, полное собрание всех возможных произведений нашего мозга. А то, какими кодами записано содержание этих «книг» в сетях нервных клеток, и составляет основную проблему для современных исследователей мозга.

Мы знаем только начальные условия этого кода – наш мозг содержит примерно 86 млрд нервных клеток, каждая может иметь до 10 тыс. контактов с другими клетками, количество связей в такой сети исчисляется сотнями триллионов. И эта система постоянно работает, так что сигналы, посылаемые каждым нейроном другим своим «собеседникам», варьируют, и это тоже несет смыслы. Количество возможных комбинаций активности, которую может генерировать такая гигантская сеть, исчисляется цифрами, превышающими число элементарных частиц в известной Вселенной. Где-то в активности этой гиперсети и скрыт тот самый комбинаторный код, который мы ищем.

В этой Вавилонской библиотеке возможных состояний нашего мозга, мыслимых «кадров» его сознания, есть, например, все кадры фильмов, которые мы видели, и тех, которые когда-либо были или будут сняты. В этих потенциальных комбинациях активности – образы всех встречавшихся нам людей и тех, которых мы еще увидим, вообще всех людей, которые жили и будут жить на Земле. Возможные последовательности активности, «мелодии» этого супероркестра мозга содержат все когда-либо сочиненные людьми мелодии и всю музыку, которая еще будет написана. Среди прочего эта невероятная библиотека мозга вмещает в себя и все сюжеты, все тексты Вавилонской библиотеки.

Как же работать с такими невообразимыми величинами, с такой немыслимой сложностью? Один вариант – математически. Сегодня мы имеем только одну действительно математическую теорию для расчетов сознания, так называемую «теорию интегрированной информации», разработанную нейробиологом из Висконсинского университета Джулио Тонони. Суть ее заключается в том, что сознание в сети – это информация, которая возникает сверх информации, содержащейся в изолированных взаимодействиях ее частей – любых ее элементов, групп и комплексов. Поэтому кора головного мозга, где все очень сильно переплетено, так нужна для нашего сознания, с ней связаны высшие функции нашего мозга, а мозжечок, где нервных клеток в несколько раз больше, чем в коре, но они работают врозь, не связанными друг с другом модулями, не имеет для сознания особого значения. При повреждениях мозжечка наступают нарушения моторики, движений, но сознание почти не страдает.

В этой передовой теории очень важными являются подходы к количественным расчетам интегрированной информации. Ее величина, обозначаемая греческой буквой Ф (фи) и измеряемая в битах, позволяет сравнить потенциальный уровень сознания у любой системы: взрослого человека, младенца, собаки, червя, робота. Самая простая модельная система, которую сегодня изучают ученые в нейронауках, – нервная система миллиметрового червя – почвенной нематоды имеет всего 302 нейрона. Все эти нейроны известны, и расшифрована вся сеть связей между ними. Она содержит около 6 тыс. контактов. Вычислить количество интегрированной информации в такой нервной системе можно, рассмотрев все возможные разбиения этой сети, и тогда, чтобы рассчитать потенциальный уровень сознания нематоды, пользуясь возможностями современного компьютера, потребуется приблизительно 1079 лет. Таков объем сложности, который мы имеем, когда обращаемся к нашему мозгу и его степеням свободы.

Но есть и другой подход – редуцировать сложность задачи с помощью теории мозга, сделав при этом субъективный опыт доступным не только для математических, но и для экспериментальных исследований.

Социальные сети мозга

Мы уже говорили, что мозг можно рассматривать как гигантскую нейронную сеть – это первый принцип нашего подхода. Рассмотрение любого объекта как сети автоматически переводит проблему в плоскость физической и математической теории. Исследуя мозг как сеть, мы, с одной стороны, применяем к нему все современные методы экспериментальной нейронауки, а с другой – движемся в сторону теории мозга и сознания.

В этих исследованиях мы опираемся на огромный опыт когнитивной нейронауки в России. Пионерские работы наших великих ученых И. М. Сеченова, И. П. Павлова, В. М. Бехтерева, А. А. Ухтомского, П. К. Анохина и многих других заложили основы изучения механизмов высших функций мозга. В числе этих работ и теория функциональных систем, которой мы пользуемся в качестве второго принципа в нашей работе.

Представьте себе большую страну с многомиллионным населением, обширной территорией, крупными и мелкими городами, деревнями и поселками. Наш мозг отчасти похож на такое государство. У него есть свои республики, районы, мегаполисы, где сосредоточены десятки миллионов нервных клеток. Вся эта гигантская социальная система охвачена распределенными сетями – транспортными, финансовыми, промышленными, военными, коммуникационными и так далее, вплоть до криминальных. Каждая из них глобально охватывает весь мозг – всю страну, но в каждом из городов и участков она представлена лишь несколькими