Р.Пенроуз "Новый ум короля"

Глава 9
Реальный мозг и модели мозга

Как же устроен мозг?

 

У нас в голове находится великолеп­ное устройство, которое управляет нашими действиями и каким-то образом дает нам представление об окружающем мире. Прав­да, как однажды отметил Алан Тьюринг [1], внешне оно больше всего напоминает миску холодной овсянки! Трудно представить, как столь заурядного вида объект умудряется со­вершать чудеса, на которые, как мы знаем, он способен. Однако при ближайшем рас­смотрении оказывается, что он имеет гораз­до более сложное строение и замысловатую организацию.

Большая покрытая извилинами (и бо­лее всего похожая на овсянку) часть мозга, расположенная сверху, называется собствен­но головным (или большим) мозгом. Он чет­ко делится посередине на правое и левое полушария и, более условно, в передне-зад­нем направлении — на лобную долю и три остальные: височную, теменную и затылоч­ную. Еще дальше и несколько книзу рас­положен небольшой и округлый мозжечок, чем-то похожий на пару клубков шерсти. Глубоко внутри мозга, как бы укрытый им, находится целый ряд любопытных и слож­ных на вид структур: варолиев мост и про­долговатый мозг, которые вместе с ретику­лярной формацией — областью, к которой мы обратимся позднее — составляют ствол мозга, а также таламус, гипоталамус, гиппо-камп, мозолистое тело и еще много других,  странных как по виду, так и по названиям, частей.

Большой мозг — предмет особой гор­дости человека и не только потому, что он является самой большой частью человече­ского мозга, но и потому, что пропорция между этой частью и мозгом в целом у че­ловека больше, чем у животных. (Мозжечок человека тоже превосходит размерами тако­вой у большинства других животных.) Голов­ной мозг и мозжечок имеют сравнительно тонкий наружный слой серого вещества, под которым расположено значительно большее по массе белое вещество. Эти области серого вещества называют, соответственно, корой головного мозга и корой мозжечка. Счи­тается, что в сером веществе происходят различные вычислительные действия, а бе­лое вещество, состоящее из длинных нерв­ных волокон, отвечает за передачу сигналов из одной части мозга в другую.

Каждой из различных областей коры головного мозга присущи свои специфичес­кие функции. Зрительная кора расположена в затылочной доле, прямо в задней части мозга, и занимается восприятием и распо­знаванием зрительных образов. Забавно, что природа именно там решила разместить ин­терпретатор визуальной информации, по­лучаемой зрительными органами, которые (по крайней мере, у человека) находятся прямо спереди! Но природа вытворяет и куда более странные вещи. Так, за левую половину человеческого тела практически полностью отвечает правое полушарие, тогда как за пра­вую — почти исключительно левое, поэтому чуть ли не все нервы, идущие в головной мозг или выходящие из него, по необходимости должны перекрещиваться! При этом в случае зрительной коры правая ее часть связана не с левым глазом, а с левой частью поля зрения обоих глаз. Аналогично, левая часть зрительной коры связана с правой ча­стью поля зрения обоих глаз.

Это означает, что нервы от правой части сетчатки каждого из глаз должны идти к пра­вой половине зрительной коры (вспомните, что изображение на сетчатке перевернуто по отношению к источнику), а нервы от ле­вой части сетчатки — к левой половине коры. Таким образом в левой и правой частях зрительной коры формируется четкое отображение правой и левой областей поля зрения, соответственно.

Сигналы от ушей приходят на проти­воположные части мозга столь же замы­словатым образом. Правая слуховая кора (часть правой височной доли) обрабатыва­ет в основном звуки, поступающие слева, а левая слуховая кора — звуки, поступа­ющие справа. Обоняние кажется здесь ис­ключением из общего правила. Правая часть обонятельной коры, которая расположена в передней части большого мозга (в перед­ней доле — что уже само по себе является исключением для сенсорной области), отве­чает в основном за правую ноздрю, а левая часть — за левую ноздрю.

Осязание связано с областью затылоч­ной доли мозга, которая носит название соматосенсорной коры. Эта область нахо­дится как раз за условной границей, раз­деляющей лобную и теменную доли. Между различными частями поверхности тела и от­дельными участками соматосенсорной коры существует довольно своеобразное соответ­ствие. Иногда оно изображается графически в виде так называемого «соматосенсорного гомункулуса» — искаженной человечес­кой фигуры, изображаемой лежащей вдоль соматосенсорной коры.

Правая часть соматосенсорной коры принимает осязательные сигналы, идущие от левой стороны тела, а левая — с правой. В лобной доле непосредственно перед гра­ницей с теменной долей находится участок коры, известный как двигательная кора. Он приводит в движение различные части на­шего тела. И опять мы встречаемся с точно определенным соответствием между мыш­цами нашего тела и зонами этого участка мозга. Как и в случае с осязанием, эти связи можно графически изобразить в виде «дви­гательного гомункулуса».  И снова правая часть двигательной коры отвечает за движение левой стороны тела, а левая — правой.

Все упомянутые выше зоны коры го­ловного мозга (зрительная, слуховая, обоня­тельная, осязательная и двигательная) назы­ваются первичными, поскольку именно они непосредственно осуществляют прием по­ступающих в мозг и передачу исходящих из него сигналов. Рядом с ними расположе­ны вторичные зоны, предназначенные для более тонкой и сложной обработки сенсор­ной информации.

Сенсорная информация, полученная зрительной, слуховой или соматосенсорной зоной коры головного мозга, обрабатыва­ется соответствующими вторичными обла­стями, после чего вторичная двигательная область вырабатывает план движения, ко­торый переводится первичной двигательной областью на язык прямых команд, непосред­ственно адресованных мышцам. (Мы не бу­дем касаться обонятельного участка коры, поскольку он функционирует иным и мало­изученным пока образом.) Остальные участ­ки коры головного мозга относятся к разря­ду третичных (или ассоциативных). В этих областях в основном и выполняется наи­более сложная и характеризуемая высокой степенью абстрагирования часть умственной деятельности. Именно здесь при определен­ном участии периферической нервной си­стемы собирается воедино и подвергается всестороннему анализу информация, посту­пающая от различных сенсорных участков; здесь происходит запоминание, складыва­ются картины внешнего мира, намечаются и оцениваются планы действий, распозна­ется и генерируется речь.

Речь представляет для нас особый ин­терес, поскольку ее обычно относят к разря­ду способностей, присущих исключительно человеческому интеллекту. Интересно, что (по крайней мере у подавляющего большин­ства правшей и большей части левшей) речевые центры находятся в основном в левой половине мозга. К важным участкам относятся зона Брока, расположенная в задней нижней части лобной доли, и зона Вернике, кото­рая располагается внутри и вокруг верхней задней части височной доли. Зона Брока отвечает за построение предложений, а зона Вернике — за понимание языка. По­вреждение зоны Брока приводит к наруше­нию речи, но не ее пониманию, тогда как при повреждении зоны Вернике речь остает­ся беглой, но, в основном, бессмысленной. Пучок нервных волокон, который связыва­ет между собой две эти области, называется дуговидным пучком. При его повреждении ни речь, ни ее понимание не нарушаются, но мысль не может быть выражена словами.

Мы теперь можем составить очень при­близительную картину того, что делает го­ловной мозг. Входные данные для мозга пред­ставляют собой зрительные, слуховые, ося­зательные и прочие сигналы, которые сна­чала регистрируются в первичных областях (главным образом) задних долей (теменной, височной и затылочной). Выходные сигналы мозга, приводящие к различным движениям тела, вырабатываются в основном лобными долями мозга. А где-то между ними про­исходит обработка информации и приня­тие решений. В общем, можно сказать, что активность мозга, начавшись в первичных областях задних долей, перемещается затем во вторичные области, где входные данные анализируются, и, далее, в третичные обла­сти задних долей, где информация становит­ся полностью осмысленной (как, например, в случае с пониманием речи в зоне Вернике).

Дуговидный пучок — упомянутый выше пу­чок нервных волокон, но теперь уже с обеих сторон мозга, — переносит эту информацию в лобную долю,  где ее третичными областями вырабатывается общий план дей­ствий (например, как это происходит при генерации речи в зоне Брока). Эти общие планы действий преобразуются в более конкретные представления о движениях тела во вторичных двигательных областях, откуда активность мозга перемещается в первич­ную двигательную кору, которая, в конце концов, посылает соответствующие сигна­лы различным группам мышц тела (и часто нескольким одновременно).

Создается впечатление, что перед нами предстает картина превосходного вычисли­тельного устройства. Сторонники сильного ИИ (см. главу 1 и далее) рассматривают мозг как великолепный образец алгоритми­ческого компьютера - по сути, машины Тьюринга — в котором есть входные дан­ные (как на ленте слева от машины Тью­ринга) и выходные данные (как на ленте справа от машины Тьюринга) и который способен выполнять всевозможные нетри­виальные вычисления на промежуточных этапах. Конечно, активность мозга может не прекращаться и в отсутствие внешних раздражителей. Это происходит в тех слу­чаях, когда человек думает, занимается вы­числениями или предается воспоминаниям. Приверженцы сильного ИИ отнесли бы это на счет продолжающейся алгоритмической деятельности и предположили бы, что явле­ние «осознания» возникает как раз в те мо­менты, когда подобная деятельность дости­гает определенного уровня сложности.

Но, хотя такая логика и напрашива­ется сама собой, мы не будем торопиться с выводами. Общая картина работы мозга, приведенная выше, довольно груба. Прежде всего, даже зрительное восприятие не про­исходит по такой простой схеме, как это было мной представлено ранее. В коре, по-видимому, существует несколько различных (хотя и менее значимых) областей, на ко­торые отображаются поля зрения, очевид­но, с какими-то другими целями. (Похоже, именно они отвечают за различия в том, как мы осознаем увиденное). Скорее всего, по коре разбросаны также и другие допол­нительные сенсорные и двигательные обла­сти (например, движение глаз может быть вызвано сигналами из определенных точек задних долей).

В своем описании мозга я затронул только его кору и ни разу не коснулся во­проса о назначении прочих частей. Какую роль выполняет, например, мозжечок? Ясно, что он отвечает за координацию и контроль движений тела, его равновесие, своевремен­ность и точность действий. Представьте себе артистичность танцора, отточенность дви­жений профессионального игрока в теннис, мгновенную реакцию гонщика, уверенные движения рук музыканта или художника; подумайте о грациозных прыжках газели или крадущейся кошке. Без мозжечка подобная точность движений была бы невозможна, они стали бы неуверенными и неуклюжими. По-видимому, в процессе приобретения но­вых навыков, будь то ходьба или вождение машины, сначала человеку приходится де­тально обдумывать каждое свое действие, и за это отвечает кора головного мозга, но когда достигнут определенный уровень мастерства и действия начинают выполнять­ся «автоматически», управление ими переда­ется мозжечку. Более того, хорошо известно, что как только профессионал задумывается о своих действиях, он на время теряет легкость их координации. Думание, по-видимому, со­провождается переходом контроля к коре головного мозга и, хотя при этом, как след­ствие, появляется гибкость действий, «моз­жечковая» плавность и точность движений на время утрачивается. Такое описание, без сомнения, является чересчур упрощенным, но тем не менее позволяет нам в общих чертах понять функцию мозжечка).

При описании функций головного моз­га до сих пор вообще не упоминалось о дру­гих частях мозга. Например, гиппокамп игра­ет важнейшую роль в формировании долго­временной (постоянной) памяти, хотя сама память располагается где-то в коре головно­го мозга, возможно, во многих местах одно­временно. Мозг способен также сохранять образы различными способами с помощью кратковременной памяти в течение несколь­ких минут или даже часов (просто, что на­зывается, «держа их в голове»). Но для того, чтобы человек мог вспомнить эти образы по­сле того, как его внимание с них переключи­лось, необходимо сохранить их в долговре­менной памяти, и здесь уже не обойтись без гиппокампа. (Повреждение этого участ­ка мозга приводит к ужасному состоянию, когда человек не способен запомнить ничего нового и все сразу забывается, как только его внимание переключается на другой объект.) Мозолистое тело — это область, ответствен­ная за связь между двумя полушариями моз­га. (Далее мы увидим, к каким поразитель­ным явлениям приводит рассечение мозоли­стого тела.) Гипоталамус представляет собой эмоциональный центр, в котором гнездят­ся удовольствие, ненависть, страх, отчаяние, голод, и который служит посредником меж­ду эмоциями и их ментальными и физичес­кими проявлениями. Между гипоталамусом и различными частями мозга идет посто­янный обмен сигналами. Таламус функцио­нирует как важный обрабатывающий центр и переключающий узел, который передает значительную часть импульсов, поступаю­щих извне, в кору головного мозга. Ретику­лярная формация отвечает за общее состоя­ние готовности мозга и его отдельных частей к осознанному восприятию. Все эти и мно­гие другие жизненно важные части мозга соединены многочисленными нервами.

Вышеприведенное описание дает толь­ко общее представление о некоторых наи­более значимых частях мозга. Мне кажется целесообразным в завершение этого раздела привести некоторые сведения о строении мозга в целом. Его различные части группи­руются в три отдела, которые, если двигать­ся от позвоночника, называются по поряд­ку задним (rhombencephalon), средним (mesen-cephalon) и передним (prosencephalon) мозгом. На ранних стадиях развития эмбриона эти отделы, в том же порядке, видны как три вздутия на конце позвоночного столба. Са­мое дальнее — развивающееся в передний мозг — имеет два выроста в виде пузырей, по одному с каждой стороны, которые ста­новятся большими полушариями головного мозга. Полностью развитый передний мозг включает в себя многие важные части все­го мозга — не только большой головной, но и мозолистое тело, таламус, гипотала­мус, гиппокамп и многие другие. Мозжечок является частью заднего мозга. Ретикуляр­ная формация расположена частью в сред­нем мозге, а частью в заднем. Передний мозг является «новейшим» отделом с точки зре­ния эволюционного развития, а задний - наиболее «древним».

Я надеюсь, что это краткое описание, во многом неточное, даст читателю некото­рое представление о том, на что похож мозг человека и как он функционирует. До сих пор я лишь вскользь упомянул то, что слу­жит центральной темой нашей дискуссии — сознание. Теперь перейдем к этому вопросу вплотную.

Где обитает сознание?

 

Существует множество различных точек зрения на соотношение между состоянием мозга и феноменом сознания. Насколько очевидна важность этого явления, настоль­ко же велико и расхождение во взглядах на него. Однако ясно, что не все части моз­га в равной степени участвуют в форми­ровании сознания. Например, как следует из вышесказанного, мозжечок по роду своей деятельности гораздо ближе к «автоматиче­скому устройству», чем кора головного моз­га. Действия, контролируемые мозжечком, происходят как будто сами собой и не тре­буют «обдумывания». Когда мы сознательно решаем пройти от одного места до другого, то вряд ли имеем перед собой тщательно раз­работанный план мышечных сокращений, который был бы необходим для управляе­мого движения. То же самое можно сказать и о бессознательных рефлекторных действи­ях, как, например, отдергивание руки от го­рячей печи, которое может быть опосредо­вано не головным мозгом, а верхней частью спинного мозга. Таким образом, напраши­вается вывод о том, что феномен сознания, вероятнее всего, связан с активностью го­ловного мозга, а не мозжечка или спинного мозга.

С другой стороны, совершенно не оче­видно, что активность коры головного моз­га всегда определяет осознанность наших действий. Например, как я уже указывал, в норме при ходьбе человек не контролиру­ет детальные движения конечностей и ра­боту мышц — управление этими действи­ями осуществляет, в основном, мозжечок (с помощью других частей головного моз­га и спинного мозга), — однако первич­ные двигательные области головного мозга тоже вовлекаются в этот процесс. Более того, то же можно сказать и о первичных сенсорных областях: мы можем совершен­но не осознавать меняющееся при ходьбе давление на подошвы ног, тем не менее соответствующие участки соматосенсорной коры постоянно активируются.

Уайлдер Пенфилд, выдающийся амери­кано-канадский нейрохирург (среди заслуг которого — составление в 1940-х и 1950-х годах детальных карт двигательных и сен­сорных областей мозга человека), считал, что сознание не связано просто с активно­стью коры головного мозга. На основании опыта проведения многочисленных опера­ций на мозге пациентов, находившихся в со­знании, он предположил, что область, кото­рую он называл верхней частью ствола мозга, включающая, в основном, таламус и сред­ний мозг (см. Пенфилд, Джаспер [1947]), хотя он имел в виду главным образом ре­тикулярную формацию, в некотором смы­сле может быть названа «центром созна­ния». Верхняя часть ствола мозга связа­на с корой головного мозга, и, согласно Пенфилду, «акт осознания» или «осознан­ное действие» происходит каждый раз, ко­гда эта область ствола мозга непосредствен­но обменивается сигналами с определен­ным участком коры, отвечающим именно за те чувства, мысли, воспоминания или действия, которые в данный момент осо­знанно воспринимаются или совершаются. Он указывал, что можно, например, стиму­лировать определенный участок двигатель­ной коры мозга, который отвечает за дви­жение правой руки (и правая рука на самом деле будет двигаться), но это не вызовет у подопытного желания двигать правой ру­кой. (Более того: он может даже постарать­ся остановить ее движение левой рукой - совсем как доктор Стрэнджлав из популяр­ного фильма!) Пенфилд предполагал, что желание совершить действие связано ско­рее с таламусом, нежели с корой головного мозга. Согласно его представлениям созна­ние — это проявление активности верхней части ствола мозга, однако, поскольку долж­но еще быть что-то, что осознается, то эта активность не ограничивается стволом моз­га, но включает в себя еще и те участки коры, с которыми у верхней части ство­ла мозга в этот момент существует актив­ная связь и которые представляют собой субъект (чувственное восприятие или вос­поминание) или объект (волевое действие) сознания.

Другие нейрофизиологи тоже выска­зывали предположение о том, что ретику­лярную формацию можно было бы назвать «местонахождением» сознания, если таковое на самом деле существует. Ведь, как бы там ни было, эта область отвечает за пребывание мозга в активном состоянии. Ее поврежде­ние приводит к потере сознания. Всегда, когда мозг находится в бодрствующем со­знательном состоянии, активна и ретику­лярная формация, и наоборот. На самом деле существует явная связь между активно­стью ретикулярной формации и тем состо­янием человека, которое мы традиционно называем «сознательным». Однако ситуация осложняется тем, что во сне, когда мы на са­мом деле «сознаем», что мы спим, активные в норме участки ретикулярной формации активности не проявляют. И еще один факт мешает ученым признать за ретикулярной формацией столь почетный статус: с точки зрения эволюции, эта часть мозга являет­ся очень древней. Если все, что нужно для обладания сознанием — активность рети­кулярной формации, то им должны быть наделены лягушки, ящерицы и даже треска!

Лично я не расцениваю последний до­вод как достаточно весомый. Разве у нас есть неоспоримые свидетельства того, что ящерицы и треска не обладают неким зача­точным сознанием? Какое право мы име­ем утверждать, как это некоторые делают, что человеческие существа — единствен­ные обитатели нашей планеты, наделенные свыше настоящим «сознанием»? Неужели на Земле мы единственные, кому дозволено «осознавать»? Позвольте усомниться в этом. Конечно, лягушки, ящерицы и уж тем бо­лее треска не вызывают у меня ощущения, что «кто-то в них» взирает на меня, когда я рассматриваю эти создания, но я очень яв­ственно ощущаю присутствие «сознания», когда смотрю в глаза кошке, собаке или, особенно, когда на меня смотрят обезья­ны или мартышки в зоопарке. Я не тре­бую, ни чтобы они чувствовали то же, что и я, ни даже какой-либо сложности ис­пытываемых ими чувств. Им совершенно не обязательно «сознавать себя» в каком-то строгом смысле этого слова (хотя наличие некоторого элемента самосознания у них я не исключаю). Достаточно будет, чтобы они просто чувствовали! Что касается состо­яния сна, то я бы признал, что определен­ная форма сознания при этом присутству­ет, хотя, по всей видимости, на довольно низком уровне. Если за функционирование сознания каким-то образом отвечают толь­ко участки ретикулярной формации, то они должны сохранять активность (хотя бы не­высокую) и во время сна.

Другая точка зрения (О'Кифи [1985]) состоит в том, что сознание в большей мере связано с функционированием гиппокампа. Как я уже отмечал, гиппокамп определяет способность к долговременному запомина­нию. Принимая в качестве гипотезы, что постоянная память связана с сознанием, мы должны рассматривать гиппокамп как глав­ное действующее лицо в феномене осознан­ного восприятия.

Есть и другое мнение, согласно которо­му сознание является результатом деятель­ности самой коры головного мозга. Раз уж большой головной мозг служит предметом особой гордости человека (хотя у дельфи­нов он никак не меньше!), и умственная деятельность, понимаемая как интеллект, связана как раз с этой частью мозга, то именно в ней и должна обитать душа чело­века! Таким, по-видимому, мог бы быть вы­вод, например, сторонников сильного ИИ. Если «осознание» - не более, чем след­ствие сложности алгоритма или, воз­можно, его «глубины» или некой «степе­ни изощренности», — тогда, в соответствии с представлениями сильного ИИ, сложные алгоритмы, выполняемые корой головного мозга, дали бы ей преимущественное право претендовать на способность к проявлению сознания.

Многие философы и психологи склон­ны считать язык непременным атрибутом человеческого   сознания.   Соответственно, именно способность изъясняться при по­мощи слов позволяет достичь той тонкости мышления, которая служит отличительной чертой человека и выражением самой его сути. Именно язык, в соответствии с этой точкой зрения, отличает нас от других жи­вотных и дает нам возможность лишать их свободы и вести на бойню, как только в этом возникает потребность.  Именно язык по­зволяет нам философствовать и описывать наши ощущения, так что мы можем убедить остальных, что мы осознаем окружающий мир и самих себя. С этой точки зрения вла­дение языком является необходимым и до­статочным условием наличия сознания.

А теперь мы должны вспомнить о том, что языковые центры находятся (у боль­шинства людей) в левой половине мозга (зо­ны Брока и Вернике). Из вышеизложен­ной точки зрения должно было бы сле­довать, что сознание - это что-то, что связанное только с левой половиной ко­ры головного мозга! И таково, на самом деле, мнение целого ряда нейрофизиологов (в частности, Джон Экклз [1973]), которое я, как сторонний наблюдатель, считаю весьма странным по причинам, изложенным ниже.

Эксперименты при разделенных больших полушариях мозга

 

В связи со сказанным выше я должен упомянуть целый ряд замечательных наблю­дений над людьми (и животными) при пол­ном рассечении у них мозолистого тела, ко­торое делало взаимодействие левого и пра­вого полушарий головного мозга невозмож­ным. У людей операция по рассечению мозолистого тела применялась как эффек­тивное средство лечения в случаях особо тяжелых форм эпилепсии. Роджер Сперри с сотрудниками подвергал таких пациентов, спустя некоторое время после операции, многочисленным психологическим тестам. При этом в левом и правом полях зрения испытуемых помещались никак не связан­ные друг с другом предметы, так что левое полушарие  получало  информацию только о том, что располагалось с правой стороны, а правое полушарие — с левой. Если спра­ва предъявлялось изображение карандаша, а слева — чашки, то тестируемый произ­носил:  «Это карандаш»,  поскольку имен­но карандаш, а не чашку,  воспринимала та половина мозга, которая явно отвечает за речевые способности. Однако левой ру­кой испытуемый выбирал блюдце, а не лист бумаги, считая его ассоциативно более под­ходящим к чашке. Левая рука находилась «в подчинении» у правого полушария, кото­рое, хотя и не могло оперировать словами, все же было способно производить опреде­ленные, довольно сложные и типичные для человека действия. Было высказано пред­положение о том, что за «геометрическое мышление» (особенно пространственное во­ображение) и музыкальное восприятие от­ветственно, в основном, правое полушарие, а за речевые  и  аналитические способно­сти — левое. Правое полушарие мозга мо­жет понимать общеупотребительные суще­ствительные и элементарные предложения, а также выполнять простейшие арифмети­ческие действия.

Самое поразительное, что при разде­лении полушарий они ведут себя как две практически независимые индивидуально­сти, с каждой из которых экспериментатор может общаться по отдельности, хотя об­щение с правым полушарием носит более примитивный характер и значительно за­труднено по сравнению с левым из-за от­сутствия речевых способностей. Каждая по­ловина головного мозга может поддержи­вать связь с другой половиной косвенным путем, например, наблюдая за движениями руки, контролируемыми другой стороной, или слыша звуковые «подсказки» (такие, как стук блюдца). Но в хорошо контро­лируемых лабораторных условиях даже эта примитивная связь может быть устранена. Однако от одной половины к другой все же могут передаваться неясные эмоциональные ощущения, предположительно потому, что нерассеченные структуры мозга, такие как гипоталамус, по-прежнему связаны с обои­ми полушариями.

Возникает искушение задать вопрос: неужели перед нами — два различных инди­видуума, обладающих сознанием и пребы­вающих в одном теле? Этот вопрос вызвал бурную полемику. Одни без сомнений отве­чали на этот вопрос утвердительно, другие считали, что ни одна из сторон не должна рассматриваться как полноценная личность. Некоторые утверждали, что общность эмо­циональных ощущений может служить до­казательством существования только одной личности. Еще одна точка зрения состоит в том, что сознательного индивидуума пред­ставляет только левое полушарие, а правое — просто автомат. Этой точки зрения придер­живаются те, кто считает речевые способно­сти обязательной составляющей сознания. Само собой, только левое полушарие может убедительно заявить «Да!» в ответ на во­прос: «Обладаешь ли ты сознанием?». Пра­вому полушарию, подобно кошке, собаке или шимпанзе, может быть трудно даже по­нять отдельные слова этого вопроса, не го­воря уже о том, чтобы правильно ответить на него.

И все же пока вопрос остается откры­тым. В недавних экспериментах, проведен­ных Дональдом Вильсоном и его коллегами (Вильсон и др. [1977], Газзанига и др. [1977]), при наблюдениях за пациентом с разде­ленным мозгом (назовем его "P. S."), бы­ли получены весьма интересные результаты. После операции по разделению полушарий только левое полушарие обладало речью, но понимали речь оба полушария, а позднее правое полушарие научилось и воспроизво­дить речь! Несомненно, что оба полушария были наделены сознанием. Более того, это были два отдельных сознания, поскольку их желания и пристрастия были совершенно различны. Например, левое полушарие вы­ражало желание стать чертежником, а пра­вое — гонщиком!

Лично я не верю в справедливость ши­роко распространенного убеждения в том, что обычный человеческий язык необходим для мышления или сознания. (В следующей главе я приведу некоторые доводы в пользу своей точки зрения.) Поэтому я отношусь к тем, кто верит, что, в принципе, обе поло­вины мозга после разделения обладают со­знанием независимо друг от друга. Пример с P. S. может служить весомым подтвержде­нием тому, что, по крайней мере в этом частном случае, это так и есть. По-моему мнению, единственное действительное раз­личие между P. S. и всеми другими случаями заключается в том, что сознание его правого полушария на самом деле смогло убедить окружающих в своем существовании!

Если мы допускаем, что P. S. действи­тельно имеет два независимых разума, то возникает довольно пикантная ситуация. Есть все основания полагать, что до опера­ции разделения полушарий у каждого па­циента было только одно сознание. Од­нако после операции их уже два! В не­котором смысле, изначально единственное сознание раздвоилось. Мы можем в связи с этим вспомнить гипотетического путеше­ственника из главы 1, который вос­пользовался телепортационной машиной и в какой-то момент (неумышленно) был по­ставлен перед фактом, что будто бы «насто­ящее» его «я» благополучно прибыло на Ве­неру. В этом случае раздвоение сознания приводит к кажущемуся парадоксу. Ведь мы можем задать резонный вопрос: «А какой, собственно, маршрут выбрал поток его со­знания „на самом деле"?» Если бы вы были этим путешественником, то какое бы из двух сознаний вы, в конце концов, назвали бы «собой»? Устройство для телепортации от­носится к области научной фантастики, од­нако в случае с P. S. мы имеем в чем-то аналогичную ситуацию и притом совершенно реальную. Какое из сознаний P. S. было бы правомерно «отождествить» с P. S. до опера­ции? Нет сомнений, что многие философы сочли бы этот вопрос бессмысленным, ибо его решение при помощи операционалистских методов кажется невозможным. Ка­ждое полушарие сохраняет память о «дооперационных» временах, и, естественно, ка­ждое будет идентифицировать себя с той — еще целостной — личностью. Но все же по­добная ситуация, примечательная в качестве своего рода головоломки и способная поста­вить в тупик, сама по себе еще не является парадоксальной.

Эта головоломка еще усложнится, если предположить, что в дальнейшем оба со­знания можно было бы каким-то образом опять свести воедино. Повторное соедине­ние разрезанных нервных волокон мозоли­стого тела на сегодняшнем этапе развития медицины исключается, но можно предста­вить себе некий способ разделения полуша­рий, более мягкий, чем реальное разрезание нервных волокон. Например, нервные во­локна могли бы быть временно заморожены или парализованы при помощи лекарствен­ных средств. Пока я не слышал о подобных опытах, но думаю, что появление техничес­ких возможностей для их осуществления — это вопрос обозримого будущего. Тогда мож­но допустить, что после приведения мозоли­стого тела в работоспособное состояние, мы вновь получим одно сознание! Представь­те, что это сознание ваше. Как бы вы себя чувствовали после того, как в течение ка­кого-то времени были двумя независимыми личностями с отдельными «я»?

«Зрение вслепую»

 

Эксперименты по разделению полуша­рий мозга, помимо прочего, ясно показа­ли, что наличие единственного «места для сознания» вовсе не обязательно. Но бы­ли проведены и другие опыты, результа­ты которых дают основание полагать, что некоторые участки коры головного мозга в большей степени связаны с сознанием, нежели прочие. Среди подобных опытов - изучение явления слепоты. Повреждение тех или иных участков зрительной коры может привести к слепоте в соответствующем сек­торе поля зрения. Человек не видит предмет, помещенный в этот сектор — у него появля­ется частичная слепота, связанная с этой конкретной зоной его поля зрения.

Однако, кое-какие любопытные изы­скания (см. Вайскранц [1987]) позволяют го­ворить о том, что дела здесь обстоят совсем не так просто, как кажется. У пациента, называемого здесь и далее "D. В.", необхо­димо было удалить часть зрительной коры головного мозга, и после операции у не­го наступила частичная слепота в описан­ном выше смысле. Однако, когда что-либо (как правило, изображение крестика, кру­жочка или наклонного отрезка прямой) по­мещали в «слепую зону» и просили D. В. угадать, что это такое, он обнаружил, что может делать это с практически стопроцент­ной точностью! Эта способность к «угадыва­нию» оказалась неожиданной и для самого D. В., который при этом продолжал утвер­ждать, что в этой зоне он вообще ничего не видит.

Изображения, формируемые на сетчат­ке, в свою очередь тоже обрабатываются не только зрительной корой, но и другими участками мозга, при этом один из наиболее загадочных из них находится в нижней части височной доли. Вполне возможно, что D. В. строил свои «догадки» на основе инфор­мации, полученной как раз этим участком нижней части височной доли. При актива­ции этих областей не возникало никаких осознанных ощущений, однако информация в них, бесспорно, содержалась, проявляя се­бя только в точности «догадок» D. В. На са­мом деле, после соответствующей трениров­ки D. В. научился до некоторой степени осо­знавать информацию, относящуюся к этим областям мозга.

Все это, по-видимому, указывает на то, что отдельные зоны коры головного моз­га (как, например, зрительная кора) имеют большее отношение к сознательному вос­приятию, чем другие, но некоторые из этих менее важных зон, очевидно, могут быть путем тренировок открыты для непосред­ственного доступа сознания.

Обработка информации в зрительной коре

 

Именно в зрительной коре процессы об­работки информации изучены гораздо луч­ше, чем в других частях мозга. Для их описа­ния был предложен целый ряд разнообраз­ных моделей. На самом деле, до того, как визуальная информация попадает в зри­тельную кору, ее частичная обработка про­ходит еще в сетчатке. (Вообще говоря, сет­чатка считается частью мозга!) Одни из пер­вых экспериментов по исследованию про­цессов обработки информации в зритель­ной коре были проведены Давидом Хью-белом и Торстеном Визелем и в 1981 году принесли им Нобелевскую премию. В хо­де этих экспериментов удалось показать, что определенные клетки зрительной ко­ры кошки воспринимают в поле зрения линии, имеющие вполне определенный угол наклона. При этом соседние клетки были восприимчивы к линиям, расположенным под несколько иным углом. Часто не име­ло значения, что именно характеризуется таким углом наклона. Это могла быть гра­ница между темной и светлой областью или просто темная черта на светлом фоне. Изу­чаемые клетки оказались способны абстра­гироваться от конкретной природы объекта, имеющего свойство «угол наклона». Другие клетки были чувствительны к определен­ным цветам или к различиям между изо­бражениями, регистрируемыми каждым гла­зом, что позволяет воспринимать объемные изображения. Продвигаясь далее от первич­ных областей восприятия, мы обнаруживаем клетки, которые чувствительны ко все более тонким аспектам восприятия того, что мы видим. Например, при взгляде на рис. мы различаем очертания белого треуголь­ника, однако линии, образующие сам тре­угольник, большей частью не изображены, но домыслены. Клетки, способные фиксиро­вать эти «подразумеваемые» линии, действи­тельно были обнаружены в зрительной коре (той, что называется вторичной зрительной корой)!

В начале 1970-х годов в литературе появились заявления об открытии в зритель­ной коре мозга мартышек клеток, которые активируются только тогда, когда на сетчат­ку проецируется изображение лица. На осно­вании этой информации была сформулиро­вана «гипотеза бабушкиной клетки», соглас­но которой в мозге человека должны суще­ствовать определенные клетки, реагирую­щие только в тех случаях, когда в комнату входит его/ее бабушка! Недавние исследова­ния показали, что есть клетки, реагирующие на определенные слова. Может быть, это шаг на пути к доказательству справедливости ги­потезы бабушкиной клетки?

Ясно, что нам предстоит еще очень много узнать о деталях процессов обработ­ки информации в мозге. До сих пор очень мало известно о функционировании выс­ших отделов мозга. Мы пока оставим эти вопросы и обратимся к самим клеткам моз­га, которые позволяют ему осуществлять эту удивительную деятельность.

Как работают нервные импульсы?

 

Обработка информации в головном мозге (равно как и в спинном мозге и сет­чатке) осуществляется уникальными по сво­ему разнообразию клетками, которые назы­ваются нейронами. Попробуем разобрать­ся, как же устроен нейрон. Его утолщен­ная центральная часть, немного похожая на звезду и часто имеющая форму редиски, называется телом (сомой) нейрона и содер­жит в себе клеточное ядро. С одной сто­роны от тела нейрона отходит сильно вы­тянутое нервное волокно, называемое аксо­ном. Аксон иногда достигает действительно огромной длины (у человека — часто до не­скольких сантиметров), если учесть, что речь идет всего лишь об одной микроскопичес­кой клетке.

Аксон служит «проводом», по которо­му передается исходящий из клетки нервный сигнал. От аксона в стороны могут отходить более мелкие ветви и, кроме того, аксон мо­жет несколько раз разветвляться. На концах каждого из этих нервных волокон находят­ся нервные окончания (терминали). По дру­гую сторону сомы, а часто и отходя от нее во всех направлениях, располагаются корот­кие сильно ветвящиеся отростки — дендриты, по которым в клетку поступают вход­ные данные. (Иногда и на концах дендритов встречаются терминали, образующие так на­зываемые дендро-дендритные синапсы между дендритами. В дальнейшем я не буду их учи­тывать, поскольку связанное с ними услож­нение общей картины несущественно).

Клетка как целое отделена от окруже­ния клеточной мембраной, которая охватывает сому, аксон, нервные окончания, дендриты и все остальное. Для того что­бы сигналы передавались от одного нейрона к другому, надо каким-то образом обеспе­чить им возможность «перехода через ба­рьер» между нейронами. Это достигается с помощью межклеточного соединения, на­зываемого синапсом, в котором терминаль одного нейрона соединена с какой-либо точ­кой на соме или на одном из дендритов другого нейрона. На самом деле, между терминалью одного нейрона и сомой или дендритом другого остается очень узкий зазор, который называется синаптической щелью. При передаче от одного нейрона к другому сигнал должен преодо­леть этот зазор.

 В какой форме сигналы передаются по нервным волокнам и через синаптические щели? Что заставляет следующий нейрон передавать сигнал дальше? Для непосвященного, вроде меня, механизмы, которые ис­пользуются здесь природой, кажутся удиви­тельными и совершенно зачаровывающими!

Можно было бы думать, что эти сигналы распространяются точно так же, как элек­трический ток по проводам, но в действи­тельности все гораздо сложнее. Нервное волокно представляет собой цилиндрическую трубку, заполненную рас­твором обычной соли (хлорида натрия), сме­шанной с хлоридом калия (с преоблада­нием последнего), так что внутри трубки находится смесь из ионов натрия, калия и хлора . Снаружи волокна на­ходятся те же ионы, но в других соотно­шениях: ионов натрия больше, чем ионов калия. В состоянии покоя содержимое труб­ки имеет суммарный отрицательный заряд (т.е. ионов хлора там больше, чем ионов калия и натрия вместе; напомним, что ионы калия и натрия заряжены положитель­но, тогда как ионы хлора — отрицательно). Клеточная мембрана, образующая поверх­ность цилиндра, имеет «утечки», поэтому ионы перемещаются через мембрану таким образом, чтобы нейтрализовать избыточный заряд. Компенсацию утечек и поддержание избыточного отрицательного заряда внутри трубки осуществляет «ионный насос», ко­торый очень медленно откачивает ионы на­трия через мембрану наружу. Отчасти это же помогает поддерживать избыток ионов ка­лия по сравнению с ионами натрия во вну­треннем растворе. Существует также ион­ный насос, который (более медленно) пере­носит ионы калия из наружной среды внутрь трубки (что, правда, не способствует поддер­жанию разности зарядов).

Сигнал, распространяющийся по нерв­ному волокну, представляет собой область с обратным распределением зарядов (т. е. положительный заряд внутри и отрицатель­ный снаружи), которая перемещается вдоль волокна. Вообразите, что вы на­ходитесь на нервном волокне как раз перед такой областью с обратным распределени­ем зарядов. По мере того, как эта область приближается, электрическое поле откры­вает в мембране маленькие «дверцы», назы­ваемые натриевыми каналами. Это позволя­ет ионам натрия перемещаться с наружной стороны мембраны обратно внутрь трубки (в результате совместного действия электри­ческих сил и давления, обусловленного раз­ностью концентраций, т. е. «осмоса»). Это приводит к тому, что заряд снаружи стано­вится отрицательным, а внутри — положи­тельным. Когда это происходит, мы знаем, что область обратного распределения заряда, которая и является сигналом, достигла нас. При этом позади нее открываются крошеч­ные «дверцы» другого типа (калиевые кана­лы), которые выпускают ионы калия наружу, тем самым восстанавливая избыточный от­рицательный заряд внутри. Теперь сигнал прошел! Наконец, когда сигнал уже доста­точно удалился, медленно, но верно работа­ющие ионные насосы постепенно выкачива­ют ионы натрия из трубки наружу, закачивая внутрь ионы калия. Таким образом волокно возвращается в состояние покоя и готово к передаче очередного сигнала.

Обратите внимание, что сигнал пред­ставляет собой просто область обратного распределения заряда, движущуюся вдоль волокна. Вещество как таковое (т. е. ионы) перемещается при этом совсем немного -только внутрь и наружу через клеточную мембрану!

Этот странный, экзотической механизм действует на поверку очень эффективно. Он универсален и используется как у позвоноч­ных, так и у беспозвоночных. Но у позвоноч­ных он был усовершенствован за счет изоля­ции нервных волокон при помощи белова­того жироподобного вещества, называемого миелином. (Именно миелиновым покрыти­ем объясняется цвет «белого вещества» моз­га.) Такая изоляция позволяет нервным им­пульсам распространяться без потерь (от од­ной «ретрансляционной станции» к другой) и с очень приличной скоростью — до 120 метров в секунду.

Когда сигнал достигает терминали, из нее выделяется химическое соединение, на­зываемое нейромедиатором. Это соединение пересекает синаптическую щель и достигает другого нейрона - поверхности дендрита или сомы. При этом у одних нейронов терминаль выделяет нейромедиатор, облегчающий возбуждение следующего нейрона, т.е. посылку нового сигнала вдоль своего аксона. Эти синапсы называются возбуждающими. У других нейронов терминали выделяют нейромедиатор, затрудняющий другому нейрону генерацию собственного импульса, и поэтому называются тормозящими. На каждом нейроне действие активных в данный момент возбуждающих синапсов суммиру­ется, из результата вычитается суммарное действие тормозящих синапсов, и если по­лученная разность превышает определенное критическое значение, то нейрон действи­тельно возбуждается. (Возбуждающие синапсы создают положительную разность по­тенциалов между внутренней и наружной сторонами мембраны следующего нейрона, а тормозящие — отрицательную. Эти разно­сти потенциалов складываются. Нейрон воз­будится только в том случае, если результи­рующая разность потенциалов на мембране в начале его аксона достигнет определен­ной критической величины, при которой ионы калия не успевают выходить нару­жу достаточно быстро, чтобы восстановить равновесие.)

Компьютерные модели