Один день из жизни мозга. Нейробиология сознания от рассвета до заката

Предисловие

Мой отец всегда интересовался устройством вещей, будь то машина, телевизор, реактивный двигатель или тело и мозг. Он любил размышлять о природе электричества, человеческой природе и происхождении Вселенной, не довольствуясь при этом простыми объяснениями. Как однажды заметил Джеймс Тербер, «лучше знать несколько вопросов, чем все ответы». И это истинное наслаждение смаковать сложную задачу и делиться ею с другими открылось для меня довольно рано, определив сферу моих интересов еще со школьной скамьи.

В те времена науку преподавали как совокупность известных фактов, где не оставалось места открытиям. Амеба делится пополам; дистилляционную установку необходимо аккуратно перерисовать в тетрадь; физику времени и пространства изучали при помощи полосок бумаги со скрупулезно нанесенными на них равноудаленными точками. Несмотря на прорыв в образовании в цифровую эпоху, подозреваю, что в преподавании наук все еще есть пробелы. Наверняка их можно заполнить и показать ученикам более отдаленные и менее определенные горизонты, которые рано или поздно могут быть достигнуты благодаря их собственным усилиям. В мои юные годы глобальные вопросы, которые беспокоили всех нас (и подростков, пожалуй, особенно), касались причин, почему развязываются войны, природы любви, свободы воли, предопределенности и, прежде всего, человеческой сущности. Казалось, с ответами на эти вопросы лучше справлялись история и литература. Поэтому с большим облегчением я отказалась от науки в пользу классического арсенала латинского и греческого языков, а также античной истории и математики.

Помимо прочего, мир древних греков позволил мне исследовать то, что представлялось фундаментальным вопросом человеческой сущности и неизбежно вызывало у меня более пристальный интерес к философии. До сих пор помню, как сидела в Бодлеанской библиотеке одним субботним утром и вдруг поняла, что, пожалуй, сделала не лучший выбор предмета изучения. В результате я переключилась на еще зарождавшуюся психологию, постепенно все больше увлекаясь ее физиологическими аспектами. Тогда я впервые ощутила одержимость наукой, которая не давала простых ответов, но на самые волнующие вопросы ответом мог быть результат, полученный опытным путем. Ко всеобщему - и не в последнюю очередь к моему собственному - удивлению, я стала нейробиологом. И за неоценимую поддержку я благодарю моего тогдашнего наставника доктора Джейн Мелланби и профессора Уильяма Патона. Это стало началом моей научной карьеры.

Сперва я задалась целью исследовать механизмы работы мозга, имеющие отношение к развитию нейродегенеративных заболеваний. Но и здесь меня преследовала проблема сознания. Как оно устроено и почему угасает? И если бы другой ученый утверждал, что может ответить на эти вопросы, что бы он мне продемонстрировал? Дрессированную крысу? Сканирование мозга? Формулу? Даже самые отдаленные и футуристические сценарии не могли зафиксировать этот неуловимый компонент, квинтэссенцию сознания - субъективность. И наряду с ежедневными лабораторными экспериментами я продолжала беседы с философами, в частности с ныне покойной Сьюзан Херли.

Вместе мы организовали обширную серию дебатов между философами и нейробиологами. Привлекательность этих дискуссий, которые нередко продолжались с утра до позднего вечера, заключалась в том, что к теме, актуальной для двух дисциплин, скажем к памяти, можно было подойти с совершенно иной точки зрения, с иным набором приоритетов и перспектив. Как нейробиолог я рисковала пренебречь феноменологией - вездесущая субъективность вешала на нейрофизиологические исследования сознания клеймо «узкая специализация».

Продолжая размышлять над субъективной природой «разума» и «сознания», в 1995 году я написала «Путешествие в тайны разума», а в 2000 году - «Тайную жизнь мозга». Поскольку мы можем «потерять рассудок», но все же оставаться в сознании, мне показалось, что эти два термина не синонимичны и что осмысление разницы между ними способно помочь нам продвинуться вперед. Я пришла к выводу, что необходим некий Розеттский камень, билингвальная система, которая свяжет феноменологию и физиологию.

Идеальным кандидатом на эту роль стал не макромасштабный участок мозга, не микромасштабная группировка синапсов, а мезомасштабное явление, которое до 1990-х годов оставалось незамеченным: нейронные ансамбли. Ансамбли немного похожи на рябь, которую вызывает брошенный в воду камень: миллионы нейронов генерируют распространяющуюся активность в течение субсекундного временного интервала. Шкала в миллисекундах означает невозможность обнаружения ансамблей при помощи классических методов визуализации. Однако новые методы с применением потенциал-чувствительных красителей, которые напрямую отражают активность нейронов, позволяют исследовать нейронные ансамбли мозга в реальном времени.

Когда я писала «Тайную жизнь мозга», изучение нейронных ансамблей находилось еще в зачаточном состоянии, и я могла только предполагать, что они могут служить основным нейрональным коррелятом сознания. Но я мечтала перейти от теории к практике и исследовать нейронные ансамбли в своей собственной лаборатории; к счастью, трудности с поиском нужных людей и финансирования были не настолько непреодолимыми, как мне казалось. Летом 2001 года талантливый аспирант из нашей исследовательской группы, Эд Манн, отправился на стажировку в Японию и его радушно встретили в лаборатории доктора Ичикавы. Эд изучал там технику оптической визуализации, чтобы мы могли создать свою собственную лабораторию в Оксфорде. Большая удача, что высокоспециализированное оборудование и расходные материалы, необходимые для исследований, нам были обеспечены за счет гранта от Pfizer Ltd, а также поддержки Фонда Темплтона, Фонда науки о разуме и Европейского общества анестезиологии. То, что казалось далекой мечтой, стало реальностью, и за последние пятнадцать лет нам удалось проверить многие гипотезы и догадки.

«Один день из жизни мозга» - это далеко не исчерпывающий обзор исследований в области сознания, хотя здесь приводятся актуальные факты и гипотезы из сферы философии, психологии, неврологии и физики. И на этот раз, в отличие от «Тайной жизни мозга», мы будем рассматривать еще и множество реальных экспериментов.

Основная цель этой книги - познакомить читателя с новым междисциплинарным подходом к сознанию: идея состоит в том, что нейронные ансамбли можно рассматривать как центральный элемент модели, описание которой возможно с использованием как феноменологической, так и физиологической терминологии одновременно. Различные субъективные состояния сознания наилучшим образом иллюстрируются вовсе не строгими лабораторными экспериментами с надуманными сценариями, а теми сюжетами из жизни, с которыми мы все знакомы. Нам предстоит прожить один ничем не примечательный день и попытаться сопоставить конкретное субъективное состояние с объективно регистрируемыми процессами, протекающими внутри физического мозга.

Поскольку эта книга появилась благодаря тем данным, которые мы собрали при помощи оптических изображений, хочу поблагодарить тех, кто сотрудничал с нашей лабораторией на протяжении многих лет, а также авторов цитируемых публикаций. В частности, отмечу Скотта Бадина, который принимал активное участие в исследовании нейронных ансамблей. Также особой благодарности заслуживает доктор Франческо Фермани, физик-теоретик, у которого мы со Скоттом провели много приятных вечеров за бутылкой вина, пытаясь выйти за рамки эмпирических данных и взглянуть на сознание с точки зрения математического моделирования. Но особенно горячо я хочу поблагодарить доктора Яна Девоншира за неоценимую помощь при создании этой книги, за то, что представил и выверил литературные источники. Наконец, благодарю свою мать Дорис, которая внесла самый значимый вклад из всех: свою безусловную любовь. И теперь мы вновь возвращаемся к моему отцу, который дал мне и моему брату любознательность и мужество для поисков ответов на трудные вопросы. Хочется думать, что где бы он ни был, он знает, скольким я ему обязана.

Сьюзан Гринфилд
Оксфорд, 27 марта 2016 года

Один день из жизни мозга. Нейробиология сознания от рассвета до заката

Что происходит у нас в голове, когда мы просыпаемся, открываем глаза и осознаем себя здесь и сейчас? А когда завтракаем, гуляем с собакой и затем отправляемся на работу? Какие процессы активируются в нашем мозге, когда мы, усталые, возвращаемся домой, где нас ожидает нерешенная проблема? Разумеется, в каждой из этих ситуаций наше сознание следует не одним и тем же алгоритмам. В основе книги Сьюзан Гринфилд, прославленного британского ученого, писательницы и увлеченного популяризатора науки, многолетний опыт и недавние открытия в области нейробиологии, темпы развития которой поражают воображение. Гринфилд выстраивает настолько последовательный, подробный и образный рассказ о самом загадочном органе человеческого тела, что он становится практически осязаемым, а значит, понятным и запоминающимся. Даже если это первая книга о мозге, которую вам довелось открыть, смело погружайтесь в новый парадоксальный мир. Уверяем вас, экскурсия будет приятной и содержательной.