Что такое сознание?
Учёные приступили к распутыванию тайны, которая давно будоражит умы философов.
Сознание — это всё, что вы переживаете. Это мелодия, застрявшая в вашей голове, сладкий вкус шоколадного мусса, пульсирующая зубная боль, безмерная любовь к вашему ребёнку и горькое знание о том, что в конце концов все чувства исчезнут.
С глубокой древности до наших дней происхождение и природа этих переживаний, иногда называемых квалиа, окружены завесой тайны. Многие представители современной аналитической философии разума — и первую скрипку играет, пожалуй, Даниэл Деннетт (Daniel Dennett) из Университета Тафтса (Tufts University) — считают существование сознания столь невыносимым оскорблением для реальности, которая, по их мнению, является бессмысленной материальной вселенной и пустотой, что объявляют его иллюзией. То есть, с их точки зрения, квалиа либо не существуют, либо недоступны для научного исследования.
Будь это утверждение истиной, моё эссе оказалось бы очень коротким. Мне оставалось бы лишь объяснить, почему вы, я и большинство других людей твёрдо убеждены, что чувства у нас есть. Однако при абсцессе зуба никакой довод, даже самый изощрённый, в пользу иллюзорности моей боли не уменьшит мои мучения ни на йоту. Поскольку попытки решить психофизическую проблему отчаянными рассуждениями такого рода не вызывают у меня сочувствия, пойду дальше.
Большинство учёных принимают сознание как данность и стремятся понять его связь с объективным миром, о котором говорит наука. Более четверти века назад мы с Фрэнсисом Криком (Francis Crick) решили отложить в сторону философские дискуссии на тему сознания (которые длятся, по меньшей мере, со времён Аристотеля) и взамен заняться поиском его физических следов. Что происходит в очень чувствительной части головного мозга, порождающей сознание? Поняв это, мы, по-видимому, сможем приблизиться к решению более фундаментальной проблемы.
Мы ищем, в частности, нейронные корреляты сознания (НКС), определяемые как элементарные нейронные механизмы, в совокупности достаточные для возникновения любого конкретного переживания. Что, к примеру, должно происходить в вашем мозгу, чтобы вы чувствовали зубную боль? Может, каким-то нервным клеткам следует вибрировать с какой-то магической частотой? А может, нужна активация каких-то особых «нейронов сознания»? В каких зонах головного мозга находятся эти клетки?
Нейронные корреляты сознания
При определении НКС важную роль играет слово «элементарный». В конце концов, весь головной мозг можно рассматривать как нейронный коррелят сознания: он постоянно, изо дня в день, генерирует переживания. Но место пребывания сознания можно очертить более строго. Возьмём спинной мозг — гибкую трубку нервной ткани длиной в полтора фута, которая пронизывает позвоночник и содержит около миллиарда нервных клеток. Травма в области шеи, оборвавшая связь спинного мозга с головным, парализует конечности и туловище, делает их неспособными ощущать, а также лишает пострадавших способности контролировать работу кишечника и мочевого пузыря. И всё же в переживаниях этих тетраплегиков полностью сохраняется всё многообразие жизни: они видят, слышат, обоняют, эмоционально реагируют и запоминают так же хорошо, как делали это до трагического инцидента, радикально изменившего их жизнь.
А теперь посмотрим на мозжечок — «маленький мозг» в нижней задней части головного мозга, один из наиболее древних его автономных отделов. Мозжечок участвует в управлении моторикой, позами и походкой, от него зависит плавное выполнение сложных последовательностей моторных движений. Игра на пианино, набор текста, танцы на льду, скалолазание — все эти действия связаны с мозжечком. Он содержит клетки Пуркинье — самые восхитительные нейроны головного мозга, которые благодаря роскошным усикам-дендритам напоминают веерные кораллы и таят в себе сложную электрическую динамику. И вообще: в мозжечке огромное количество нейронов, около 69 миллиардов (большинство из которых — звёздчатые клетки-зёрна), что в четыре раза больше, чем в остальных отделах головного мозга вместе взятых.
Что происходит с сознанием при повреждении мозжечка в результате инсульта или хирургического вмешательства? Очень мало! Пациенты с повреждённым мозжечком говорят об утрате некоторых навыков, таких как беглые движения пальцев при игре на пианино или наборе текста, но никогда не жалуются на потерю способности что-либо сознавать. У них прекрасно работают зрение, слух и другие виды чувствительности, они сохраняют самоконтроль, помнят прошлое и строят планы на будущее. Даже рождение без мозжечка не оказывает существенного влияния на сознание индивида.
Весь огромный мозжечковый аппарат не имеет отношения к субъективным переживаниям. Почему? Важные подсказки даёт его схема. Здесь царят единообразие и параллелизм (точь-в-точь такой, какой имеет место при параллельном подключении батарей). По существу, мозжечок представляет собой цепь прямой связи: одна группа нейронов воздействует на другую, а та, в свою очередь, — на третью. Нет сложной системы обратной связи, реагирующей на идущие вперёд и назад электрические импульсы. (Учитывая время, необходимое для того, чтобы сознание сформировало ощущение, большинство теоретиков делают вывод, что в этом процессе должны участвовать контуры обратной связи кавернозной схемы головного мозга). Кроме того, мозжечок функционально делится на сотни, а то и тысячи, независимых вычислительных модулей. Каждый из них работает параллельно, имеет разные, непересекающиеся входы и выходы, управляет движениями разных моторных или когнитивных систем. Эти модули практически не взаимодействуют, а взаимодействие элементов схемы необходимо для сознания.
Важный урок, который следует извлечь из нашего обзора особенностей спинного мозга и мозжечка, состоит в том, что не всякая нервная ткань способна, возбуждаясь, создавать ощущения. У джинна сознания есть своя, особая лампа. Как удалось выяснить, роль волшебной лампы играет серое вещество поверхности головного мозга, его знаменитой коры. Кора полушария представляет собой ламинированный слой сложно взаимодействующих участков нервной ткани, по своим размерам похожий на 14-дюймовую пиццу. Два чрезвычайно морщинистых полушария с их сотнями миллионов проводков (белым веществом) втиснуты в черепную коробку. Все имеющиеся в распоряжении учёных факты говорят о том, что ощущения создаёт неокортекс.
Мы можем очертить местонахождение сознания более точно. Обратимся к экспериментам, в которых разным глазам — правому и левому — предъявляют разные стимулы. Пусть в поле вашего зрения два разных образа — Дональда Трампа и Хиллари Клинтон, причём первый образ виден лишь левому глазу, а второй — лишь правому. В сознании возникает странная суперпозиция Трампа и Клинтон. И впрямь необычно: в течение нескольких секунд виден Трамп, потом он исчезает и появляется Клинтон, которая, в свою очередь, исчезает, чтобы вновь появился Трамп. В результате того, что неврологи называют бинокулярным соперничеством, два образа сменяют друг друга в бесконечном танце. Поскольку мозг получает неоднозначную информацию, он не может решить, с кем имеет дело — с Трампом или с Клинтон.
Если во время этого эксперимента вы лежите внутри МРТ-сканера, который регистрирует активность вашего головного мозга, экспериментаторы обнаружат, что активны сразу несколько областей коры. Их общее название — «постериорная горячая зона». Это теменные, затылочные и височные области задней части кортекса [см. рисунок ниже], играющие главную роль при отслеживании зрительных образов. Любопытно, что первичная зрительная кора, которая получает и передаёт идущую от глаз информацию, не сигнализирует о том, что видит субъект. Сходное разделение труда, по-видимому, применяется и в кортексе, работающем на слух и осязание: соответствующие виды первичной коры (первичная слуховая и первичная соматосенсорная) не вносят непосредственного вклада в содержание слуховых или соматосенсорных переживаний. Сознание воспринимает образы, в том числе образы Трампа и Клинтон, благодаря активности не первичной, а постериорной коры, точнее — её горячей зоны.
Более яркую картину этих причинно-следственных связей дают два клинических источника: электростимуляция кортикальной ткани и исследование пациентов, лишившихся некоторых областей кортекса вследствие травмы или болезни. Например, перед удалением у пациента опухоли головного мозга или зоны очага эпилептических припадков нейрохирурги картируют функции близлежащей кортикальной ткани, непосредственно стимулируя её с помощью электродов. Стимуляция постериорной горячей зоны вызывает множество разнообразных переживаний. Это могут быть вспышки света, геометрические формы, искажённое восприятие лиц, слуховые и зрительные галлюцинации, ощущение тривиальности или нереальности происходящего, позывы шевельнуть какой-то конечностью и так далее. Стимуляция передней части коры — совсем другое дело: по большому счёту, она непосредственно никаких переживаний не вызывает.
Ещё один источник важной информации — неврологические пациенты первой половины ХХ века. Хирургам иногда приходилось вырезать целый пояс префронтальной коры, чтобы удалить опухоли или ослабить припадки эпилепсии. Примечательно то, что поведение прооперированных пациентов оказалось ничем не примечательным. Потеря части лобной доли имела-таки определённые негативные последствия: пациенты перестали контролировать неуместные эмоции и действия, у них возникли проблемы с моторикой, отмечено непроизвольное повторение некоторых действий и слов. Однако после операции их личностные качества и IQ улучшились, они продолжали жить много лет, и ничто не говорило о том, что радикальное удаление лобной ткани значительно повлияло на их сознание. А вот удаление даже небольших участков горячей зоны постериорной коры чревато потерей целых классов переживаний: пациенты не способны распознавать лица, фиксировать движение, воспринимать цвета и пространство.
Так что, по-видимому, зрительные, звуковые и прочие образы переживаемых нами событий генерируются участками постериорной коры. Насколько можно судить, почти все переживания возникают именно там. Что мешает большей части префронтальной коры иметь такое же непосредственное отношение к субъективному контенту, какое имеет постериорная горячая зона? Увы, мы не знаем. Ну и пусть! Ведь недавнее открытие нейробиологов, похоже, приблизило нас к ответу на данный вопрос, и от этого захватывает дух.
Измерение сознания
В медицине наблюдается неудовлетворённый спрос на прибор, способный чётко фиксировать наличие или отсутствие сознания у людей, которые пребывают в ослабленном состоянии или полностью недееспособны. Например, во время хирургической операции применяется анестезия. Она нужна для того, чтобы пациент не двигался и не чувствовал боли, чтобы его кровяное давление было стабильным и чтобы впоследствии его не мучили неприятные воспоминания. К сожалению, достичь всего этого удаётся далеко не всегда: ежегодно сотни пациентов, находясь под наркозом, частично остаются в сознании.
А ещё есть пациенты с серьёзными повреждениями головного мозга, полученными в результате несчастного случая, инфекционного заболевания или острой интоксикации. Они могут жить годы и годы, не имея возможности говорить или отвечать на устные вопросы. Врачам бывает очень трудно установить, есть ли у таких пациентов переживания. Представьте себе летящего в космосе астронавта, который слышит, как с ним пытается связаться центр управления полётом, но ответить не может, ибо из-за поломки его переговорное устройство работает только на приём. Астронавт оказался потерянным для мира. В таком же безнадёжном одиночестве пребывает пациент, чей повреждённый мозг не позволяет ему общаться с миром. Это крайняя форма одиночного заключения.
В начале 2000-х годов Джулио Тонони (Giulio Tononi) из Висконсинского университета в Мэдисоне (University of Wisconsin—Madison) и Марчелло Массимини (Marcello Massimini), ныне работающий в Миланском университете (University of Milan), Италия, впервые применили технологию «zap and zip», чтобы установить наличие или отсутствие сознания. Это делается так: катушку индуктивности прикладывают к коже головы и «бабахают» (zap) — посылают в черепную коробку мощный магнитный импульс, — индуцируя в ближних нейронах головного мозга кратковременный электрический ток. В свою очередь индуцированный ток возбуждает и подавляет клетки-партнёры этих нейронов, проникая по цепи в соседние области. Пока совсем не затухнут, волны электрического тока успевают пройти по всему кортексу. Размещённые на голове датчики фиксируют этот процесс в виде электроэнцефалограммы. В результате получается фильм, который показывает, как с течением времени в разных местах головного мозга возникают электрические импульсы.