Человек всегда пытался понять, что находится у него в голове. В разное время люди пытались определить мозг через метафоры, свойственные эпохе — его сравнивали и с водопроводом, и с телеграфом, а уже в XX веке — c компьютером. Нейропсихолог Ольга Сварник объяснила почему все эти принципы работы, которые мы приписывали мозгу — ошибочны, а также рассказала на что он на самом деле похож и для чего нам нужен.
Добрый день. Меня зовут Ольга Сварник, я старший научный сотрудник лаборатории психофизиологии имени Вячеслава Борисовича Швыркова Института психологии Российской Академии наук. Я сегодня расскажу о том, зачем нам нужен мозг. Мне кажется, что очень часто многие люди употребляют это слово и совершенно не отчетливо представляют себе, что за ним стоит.
Я хочу сказать, что существует огромное количество метафор о мозге, и когда-то, когда был изобретен водопровод и канализация, думали, что мозг работает по этому принципу. Когда использовались восковые дощечки, то казалось, что в мозге происходят какие-то отпечатки того, что с нами происходит. В какой-то момент возникли летающие животные духи Декарта, и соответственно, там, где пролетают эти животные духи в мозге, эти места и каким-то образом участвуют в том, что с нами происходит. Соответственно, когда был изобретен телеграф или телефон, казалось, что мозг напичкан такими специальными устройствами, которые позволяют переводить, как стрелки, возбуждение, бегущее по одному пути, на какой-то другой путь в поисках того места, которое отвечает за что-то, что сейчас должно произойти.
Наконец, в течение последнего времени, наверное, лет пятидесяти, как минимум, с момента изобретения компьютера, очень плотно вошла в нашу жизнь компьютерная метафора, мозг обрабатывает информацию, мозг делает какие-то вычисления, это такая супермашина, такой специальный суперприбор, который очень умный. Соответственно, у него есть в мозге где-то там разные места, которые по-разному умные: одно место отвечает за что-то одно, другое — за что-то другое. И влетевшая информация перемещается по этому мозгу в поисках какой-то специальной зоны, которая должна все решить и придумать, то есть, есть какой-то вход и есть какой-то выход после принятого решения.
И вот мне кажется, что постепенно такое представление о нашем мозге, оно уходит из нашей реальности. Очень интересным образом, в течение буквально последних 20 лет, эта компьютерная метафора, которая графически, наверное, может быть изображена как набор таких ящичков, квадратиков, населяющих наш мозг, между ними стрелочки. Когда-то рисовали стрелочки в одном направлении, что должно было символизировать перемещающуюся обработанную информацию. Затем стало понятно, что вроде бы такой последовательной обработки мы не наблюдаем в мозге, и тогда стрелочки стали рисовать в две стороны, и туда, и обратно, что символизировало взаимодействие тесное между разными зонами.
Но все чаще и чаще, с развитием технологий, оказывается, что наш мозг работает совсем не таким образом, и никакая зона, которую мы привыкли как-то выделять, на самом деле ни за что не отвечает, если так можно выразиться. И происходит это прежде всего потому, что эти зоны, эти участки, это мы их искусственно выделяем. Если мы видим какую-то одну борозду, проходящую с этого места до этого места, то когда-то казалось логичным предположить, что надо понять, за что она отвечает, она так явно как-то выделяется. Но если мы присмотримся к любой зоне, то она окажется неоднородной, и люди с годами присматриваются и понимают, что там совершенно разные вещи могут происходить, внутри этой зоны, и соответственно, начинают подразделять эти зоны на какие-то более мелкие.
Например, все многократно слышали о гиппокампе, может быть, хотя бы потому, что в 2014 году была вручена Нобелевская премия за исследование процессов навигации в мозге, как было сформулировано Нобелевским комитетом. И эту Нобелевскую премию получили люди, которые исследовали явление специализации клеток, они показали, что есть клетки, которые активируются, когда организм, внутри которого они находятся, находится в определенном месте пространства. И тогда гиппокамп как-то казался местом, где очень много обнаруживается таких клеток, такие клетки места есть не только в гиппокампе, но тем не менее. Гиппокамп на самом деле состоит из нескольких подструктур, это область СА1, СА2, СА3, зубчатая фасция, о которых практически уже никто не слышит, кроме специалистов, и каждая из этих зон еще подразделяется на несколько слоев. И сейчас никто не ищет функцию гиппокампа, ищут какие-то клеток, которые находятся внутри какой-то подзоны гиппокампа, внутри какого-то слоя.
И оказывается, что привычное нам деление на различные участки, это больше всего похоже на карту города. Вот нам нужно иметь карту, чтобы рассказать, где мы были кому-то или рассказать о том, где находится какое-то место, как туда попасть. Это очень важно, определить это место, но деление на районы и на округа, оно условное, оно может быть совсем другим. И понятно, что внутри любого округа, внутри любого района, внутри каждого микрорайона есть много разных людей, которые занимаются разными делами, и они могут быть совсем непохожи друг на друга. И это реальность нашего мозга.
И когда мы с помощью технологий все теснее и теснее подходим к исследованию отдельных клеток, которые населяют наш мозг, эти клетки называются нейронами, то оказывается, что нейрон, да, действительно, может связывать свою активность с чем-то, что сейчас делает организм. Это явление называется специализацией нейрона или его специфической активностью. А вот никакая зона, состоящая из этих клеток, на самом деле не может быть определена однозначно в плане своей функции, потому что если нейроны, внутри нее находящиеся, делают какие-то разные вещи, то понятно, что их объединение по локальному принципу — это некая условность.
И вот в течение последних нескольких лет, буквально двадцати, наблюдается очень интересное изменение в литературе научной, посвященной исследованиям мозга. Из статей научных уходят рисунки, где изображены квадратики, эти боксы со стрелками, размещенные в разных местах мозга, или может быть, даже без мозга, а просто гипотетически, что вот здесь сначала обработана в таких местах коры информация, затем она переместилась в какие-то другие места, здесь к ней что-то добавилось, ассоциативная память и прочее, и прочее. Вот эти вот последовательности боксов исчезают постепенно, и чаще специалисты, занимающиеся исследованиями мозга, теперь изображают либо в форме треугольничков, либо в форме кружочков отдельные нейроны.
И все, что происходит в любой момент в мозге, может быть представлено как активность какой-то распределенной группы. Если я сейчас разговариваю о нейронах и о мозге, это значит, что у меня по всему мозгу в этот момент есть нейроны, которые связаны именно с этой моей деятельностью. И самое изумительное заключается в том, что можно, стимулируя, например, определенные нейроны, например, связанные с моим знанием относительно мозга и нейронов, заставлять меня рассказывать о мозге, заставлять меня рассказывать о нейронах. А если, наоборот, не дать активироваться этим нейронам, то я не смогу рассказать ни о мозге, ни о нейронах, потому что они не будут иметь возможности активироваться, а их активации лежат в основе всей нашей возможной деятельности.
И мне кажется, что среди современных метафор стоит упомянуть две. Одна метафора связана с оркестром, она, как считается, впервые была предложена немецким нейрофизиологом Зингером, который сказал, что вот наш мозг представляет из себя некий ансамбль или оркестр. Там есть музыканты, которые могут играть разные какие-то мелодии, но музыка получается тогда, когда определенные музыканты в определенное время вступают со своей партией. Если они будут все одновременно, без определенного порядка играть какие-то ноты, то получится хаос и шум. И такой хаос и шум тоже случается в нашем мозге, обычно это называется неправильной активностью мозга, например, эпилептической.
А в норме последовательность вступления тех или иных нейронных групп или нейронных ансамблей, или нейронных сетей такова, что мы слышим некую мелодию. И эта мелодия собственно и составляет какое-то наше внутреннее содержание. Если я рассказываю о нейронах, рассказываю о мозге, у меня в этот момент активируются эти распределенные сети, и они сейчас наполняют мой некий внутренний субъективный мир, осознаваемый мною в этот момент.
Если бы мы имели возможность посмотреть на мозг человека в клеточном разрешении так, чтобы увидеть каждую из 1011 нейронов нашего мозга, то мозг работающий больше всего похож, как мне кажется, на такую новогоднюю гирлянду, и как на елочке мигают лампочки, каждая из которых как бы представляет один нейрон. И вот эти сложные узоры, сложные мозаики, которые рождает наш мозг, это и есть наше какое-то внутреннее содержание, наше внутреннее психическое «Я».
И важнейшим аспектом деятельности мозга, как мне кажется, и кажется это не только мне, но и многим уважаемым мною нейрофизиологам и нейробиологам, является то, что с помощью нашего мозга мы можем прогнозировать. Собственно, наш мозг дан нам не для того, чтобы мы обрабатывали информацию, если бы это было так, то мы бы все время опаздывали. Например, если мы ловим летящий мяч, то мы его ловим в той точке, где его еще нет, где мы его еще не видим, мы только прогнозируем, где он будет, и ловим его там. Если бы мы его сначала увидели там, а потом пытались поймать, то мы бы опоздали.
И все эти нейронные сети, которые населяют нашу голову, на самом деле грамотнее было бы, наверное, говорить о нейроглиальных комплексах, глиальные клетки — это еще один тип клеток, которые есть у нас в мозге. Так вот если говорить об этих нейроглиальных комплексах, то важным является то, что они активируются с опережением, если ситуация для нас уже знакома. Если мы попадаем в какое-то новое пространство, есть некоторое ожидание, касающееся того, что мы можем там встретить. И еще до того, как мы встречаемся с этой ситуацией, активируются те нейронные группы, которые больше всего подходят к этой ситуации, мы черпаем это из нашего опыта.
И таким образом получается, что мозг скорее похож на машину для прогнозирования, машину для предсказаний, это возможность для непрерывного построения моделей и их уточнения, непрерывного в процессе взаимодействия с этим миром. И вот это опережение возникает в активации тех или иных нейронных групп, которое сейчас подходит к данной ситуации, оно возникает с обучением, и в процессе обучения мы как бы обучаемся ожидать, а что может быть в следующий момент, и как нужно действовать, и как нужно взаимодействовать с этим миром.
И в экспериментальных исследованиях очень хорошо видно, как с течением обучения возникает эта опережающая активность нейронов. И примеры такой опережающей активности, как бы с каждым годом все больше и больше примеров таких возникает, и иногда кажется, что такие примеры дают возможность сказать — получается, что это не мы, это не я сделал, это сделал мой мозг, потому что сначала была активность нейронов, а потом уже что-то такое было сделано. Но я хочу подчеркнуть, что активность наших нейронов это и есть «Я», нет никакого другого места для нашего «Я», кроме активности этих нейронов.
И введение определенных каких-то биологически активных веществ может приводить к изменениям в активности этих нейронов, и мы видим некоторые изменения в нашем «Я», если мы, например, для примера можем взять алкоголь. При этом введение общей анестезии приводит к тому, что нейроны не имеют возможности активироваться, в такой степени и в такой последовательности, как они это делают в нормальном состоянии. Получается, что мы видим, что человек находится без сознания.
И вопрос с этим опережением, он рождает разнообразные гипотезы на тему, например, свободы воли. Ведь есть очень интересные эксперименты с регистрацией нейронной активности у человека, которые показали, что если человек видит, к примеру, быстро бегущую секундную стрелку по циферблату, и ему дана задача пожелать ее остановить в какой-то момент, например, в любой момент, который он выберет. Получается, например, он принимает решение остановить эту стрелку, когда она находится в горизонтальном положении, а он может остановить эту стрелку нажатием на какую-то кнопку. И он принимает такое решение, нажимает на эту кнопку. Если затем проанализировать активность нейронов, которые были записаны в нескольких областях корковых мозга, и подкорковых, в том числе, то оказывается, что к моменту, когда человек принимает это решение, нарастает по частоте просто активность этих нейронов, то есть нейроны становятся все более и более возбужденными, они генерируют все больше и больше этого возбуждения, все больше и больше потенциалов действия, частота их разрядов увеличивается. И момент, который соответствует принятию решения, это момент максимальной активности этих нейронов.
И на самом деле, как мне кажется, невозможно сказать о том, что это нейроны приняли решение. Это, скорее, увеличение частоты активности этих нейронов коррелирует с моментом осознания собственного действия у человека. И такие опережения можно видеть не только в такого рода экспериментах, но также во многих других. И такие опережения, например, позволили создать один из первых нейрокомпьютерных интерфейсов у животного, когда животное, обучившись нажимать на педаль для получения поилки, активировало свои нейроны, естественно, которые были связаны с нажатием на педаль. Но поскольку обучение связано с опережением, с опережением возникновения этой активности, то получилось так, что нейроны, связанные с данным поведением этого животного, начинали работать все раньше и раньше.
И затем исследователи взяли и подсоединили напрямую через компьютер запись этой нейронной активности, и дополнили очень простеньким алгоритмом — если частота этого нейрона повышается, то пусть поилка приезжает. И оказалось так, что за счет этого опережения животное, активируя собственные нейроны, не успевая при этом еще даже нажать на педаль, видело, что поилка приезжает. И это привело к тому, что животное в итоге сидело просто около поилки, активировало определенные нейроны, которые нужно было, и это приводило к тому, что эта поилка приезжала. Впоследствии это позволило использовать многократную нейронную активность и животных, и человека, для того, чтобы таким образом управлять внешними устройствами.
И возвращаясь к началу своего рассказа, я хочу подчеркнуть, что мозг — это генератор моделей. И наверное, важно для мозга генерировать не просто подходящие модели, но еще и генерировать их достаточно в нужное время, не слишком опережая ситуацию, не слишком опаздывая к этой ситуации. И как мне кажется, человек отличается от прочих живых существ, например, тем, что он в состоянии составлять прогнозы очень долгосрочные. К примеру, студенты учатся в течение нескольких лет в институте, отчетливо представляя себе, для чего они это делают. Представить себе, что собаки или кошки могли бы в течение многих лет таким образом посещать учебные заведения довольно сложно. Так что мозг — это генератор моделей, не забывайте пользоваться этим.
