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

К. В. Анохин. Когнитом: на пути к единой когнитивной теории[52]

Для меня большая честь быть приглашенным на Петербургский семинар по когнитивным исследованиям. Я хотел бы посвятить свое выступление поискам новой теории мозга. При этом я буду исходить из того, что пытаться объяснить мозг, не обращаясь к его когнитивным функциям, равнозначно попыткам понять книгу, изучая ее физические характеристики и не обращаясь к содержанию ее текста. Адекватная теория мозга обязана быть одновременно и когнитивной теорией. Возникающую при этом психофизиологическую проблему, проблему соотношения разума и мозга или mind-brain problem, я символически обозначу как ГЛАВНУЮ (MAIN – Mind-brAIN) проблему современной нейронауки. В своем выступлении я предложу концептуальный каркас, направленный на решение этой проблемы, – гиперсетевую теорию мозга.

Эмпирические предпосылки для работы над когнитивной теорией мозга

Выдающийся нейробиолог Теодор Баллок заметил как-то, что трудно представить явление более редкое, чем теория в нейронауке. Большинство из нас, занимающихся мозгом, выросло на скептическом отношении к теоретическим измышлениям. Однако в отсутствие стержневых теоретических принципов огромный объем данных современной экспериментальной нейронауки превращается в необобщаемый конгломерат фактов, никак не приближающий науку о мозге к решению ее ГЛАВНОЙ проблемы. Каковы же основания рассчитывать на возможность изменения этой ситуации?

Исследования в нашей лаборатории долгое время были связаны с изучением нейробиологических следов субъективного опыта – памяти. В частности, нас интересовали молекулярные механизмы, отвечающие в мозге за формирование долговременной памяти. Нам удалось найти гены, которые активируются в нейронах, когда животное сталкивается с какой-то новой для него ситуацией. Мы обнаружили, что если заблокировать работу даже одного такого гена, то мозг, приобретший новые знания, будет неспособен сохранить их на долгое время. Иными словами, активация таких генов, наиболее интересным из которых оказался «немедленный ранний ген» c-fos, является критическим молекулярным звеном закрепления индивидуального опыта в нервной системе. При этом всплески активности гена c-fos происходят именно в тех клетках мозга, которые являются носителями того или иного нового субъективного опыта.

В связи с этим нам быстро стало ясно, что эти гены могут выступить и новым инструментом изучения когнитивных функций мозга. В 1989 году на Ленинградской конференции по изучению высшей нервной деятельности я предложил подход, позволяющий использовать эти гены как молекулярные инструменты для визуализации больших сетей нервных клеток, распределенных по разным структурам головного мозга и совокупно кодирующих элементы индивидуального опыта.

Сегодня мы работаем с целым набором основанных на этом подходе новых методов, которые позволяют нам изучать свойства и работу когнитивных клеточных сетей. Это и классическая микроскопия мозга, и флуоресцентная ультрамикроскопия, и серийная двухфотонная томография. Например, когда мы используем серийную двухфотонную томографию, визуализирующую целый мозг животного с клеточным разрешением, мы способны реконструировать всю сеть нервных клеток, возбуждающихся в мозге во время одного когнитивного эпизода.

В последнее время мы также перешли от изучения следов опыта, оставляемых генетической активностью в мозге животного после его смерти, к прижизненным исследованиям закономерностей формирования этих следов. В этом нам помогают такие методы, как двухфотонная микроскопия или же мини-микроскопия, когда на голову свободно передвигающегося животного монтируется весящий всего пару граммов миниатюрный микроскоп, позволяющий разглядывать, как разряжаются помеченные генетическими сенсорами нервные клетки головного мозга во время поведения и обучения. Оптоволоконные методы, использующие в качестве световодов тонкие оптические волокна, позволяют нам опуститься в мозг еще глубже.

Более того, очень важно, что в нашем арсенале появились методы не только визуализации когнитивных сетей, но и их причинных исследований. Сегодня мы можем не только задавать вопрос о том, возникает ли активность клеток нейронной сети каждый раз, когда возникает тот или иной опыт. Теперь мы также можем, «поймав» эту сеть, «захватив» эти нервные клетки специальными генетическими методами и воздействуя на них, вызвать те же когнитивные состояния или поведение, которые были в момент формирования этой специализированной сети. Для этого используются методы оптогенетики и хемогенетики.

Какие новые возможности создают все эти новые методы? Они позволяют нам сегодня увидеть и исследовать клеточные следы субъективного опыта – то есть сознания, взятого в наиболее фундаментальном значении этого термина. Поэтому я считаю, что естественнонаучное понимание сознания – самая важная задача, которая стоит сегодня на повестке исследований мозга. Результатом этих исследований должен стать пересмотр представлений о сознании, происходящих из обыденного опыта и созерцательной философии, в пользу естественнонаучной теории сознания, описывающей этот процесс на уровне системных структур мозга с их качественно фундаментальными, то есть нередуцируемыми, атрибутами субъективности.

Ориентация на единую когнитивную теорию

Каковы наиболее общие требования к подобной теории? Как любая фундаментальная теория, она должна содержать некоторое число основополагающих принципов. Эти принципы должны быть формализованы, что требует разработки соответствующего математического аппарата. Вслед за формулировкой главных принципов из них должны быть выведены предсказания, которые обязаны далее пройти проверку в экспериментах. Выполнение совокупности этих условий сможет приблизить методологию исследований в нейронауке к методологии фундаментальной физики, когда теории формулируются в виде первых принципов, из которых затем выводятся следствия, содержащие предсказания еще не наблюдавшихся явлений, существование которых потом проверяется в экспериментах.

Далее я буду говорить о некоторых шагах в поисках подобной фундаментальной теории. Следует сразу предупредить, что они еще не являются окончательно вызревшим решением, поэтому многие мои сегодняшние высказывания следует воспринимать как предположения и их обсуждение вслух. Собственно, поэтому у нас семинар и дискуссия.

Начать я хотел бы с обсуждения вопроса о том, должна ли искомая теория быть единой когнитивной теорией, или задачу можно решить совокупностью частных теорий, специализированных на разных когнитивных процессах и функциях.

Мы знаем, что когнитивная наука возникла в середине XX века в результате интуитивного ощущения представителей разных дисциплин, что они изучают один и тот же предмет. Но, несмотря на серию предпринятых попыток, единой теории в когнитивной науке так и не появилось. Поэтому мы вправе задать сегодня два вопроса: существует ли вообще общий предмет у когнитивной науки и возможно ли построение единой когнитивной теории?

В этом отношении существуют две стратегии: поиск всеохватывающих моделей, в которых когнитивная наука организована как единое целое, или же построение частных теорий и последующий поиск связей между этими многообразными разделами – синтез. Многие исследователи сравнивают первую стратегию с «теорией всего» в физике и испытывают скептицизм по поводу возможности решения этой задачи. Широко распространена точка зрения, что когнитивная сфера не охватывается универсальными закономерностями, а может быть описана лишь набором частных законов, специфических для каждого из ее доменов.