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

От практики к теории

Если отправная точка нашего исследования - биологический мозг, важнейшая задача состоит в том, чтобы выяснить, как сознание могло возникнуть в этой неприглядной субстанции из разнообразных молекул и клеток, испускающих электрические импульсы. Иными словами, нам нужно определить, что является нейрональным коррелятом сознания (NCC), то есть чем-то уникальным и в то же время универсальным, точно соответствующим прямому субъективному опыту. Варианты, которые нам придется рассматривать, невероятно разнообразны - от крупных областей мозга и нейронных цепей до отдельных клеток и крошечных элементов внутри них. Однако здесь работает общий принцип: фокусировка на определенной функции мозга, которая по какой-то причине была выделена на фоне других. За этим следуют попытки связать ее с сознанием, и здесь важно строгое следование лабораторным или клиническим протоколам (об этом мы еще поговорим немного позже).

Многие выдающиеся ученые пытались разрешить загадку сознания, используя эту стратегию. Пожалуй, самым заметным из них был Фрэнсис Крик, который известен в первую очередь тем, что расшифровал код двойной спирали ДНК в 1953 году. Однако несколько десятилетий спустя он обратил свое внимание на биологию сознания. Целью Крика было понять, что происходит в мозге, когда вы что-то видите и отдаете себе в этом отчет, и как будет отличаться картина, если увиденное не воспринимается сознанием. Разработанная им концепция состояла в том, что в ходе осуществления этих двух сценариев должны быть различия в мозговых процессах. Если человек действительно понимает, что он видит, то, в соответствии с элементарной логикой, любой новый процесс, который мы наблюдаем в его мозге, может оказаться физическим коррелятом сознания. Крик сосредоточился конкретно на визуальных переживаниях не случайно, и не в последнюю очередь потому, что с ними легко проводить манипуляции... до тех пор, пока человек не закрывает глаза.

Когда вся многогранность человеческого сознания сводится к самым базовым элементам, становится ясно: сосредоточив внимание только на одном из пяти чувств (в данном случае на зрительном восприятии), Фрэнсис Крик и его коллега Кристоф Кох могли работать с простыми закономерностями. Их идея заключалась в том, чтобы продемонстрировать ключевой мозговой механизм сознания как «минимальный набор событий, который порождает специфический аспект сознательного восприятия». Другими словами, цель заключалась в том, чтобы определить минимальный набор мозговых процессов, которые могли бы напрямую отражать сознательный опыт.

Было отмечено, что зрительная стимуляция вызывает паттерны активности в группе нейронов, «связанных с объектом или событием», специфически детерминированной для каждого зрительного образа. И здесь сразу возникает вопрос: как может предварительно определенный набор клеток мозга отражать мимолетные моменты сознания? Крик и Кох дают такой ответ на этот вопрос: «Чтобы достичь сознания, нейронная активность должна пересечь некий порог». Но реальная проблема заключается в том, что пороговая нейронная активность не может быть заранее точно определена, и значит, жестко структурированная сеть клеток могла бы демонстрировать что-то новое только одним способом - повышая свою активность, генерируя больше электрических импульсов (потенциалов действия). Но в таком случае репертуар возможностей мозга для формирования сознания будет строго ограничиваться простым увеличением активности нейронов. Но как такого рода количественное изменение может перейти в качественное? Что представляет собой этот Рубикон? У нас нет никаких указаний на то, каким должен быть «порог» и каким образом количественное изменение в коллективной активности может оказаться настолько исключительным, чтобы вызвать качественно иное психическое состояние.

Но мы могли бы намного лучше понять механизмы сознания, досконально изучив чистое, ничем не искаженное восприятие сигналов от одного органа чувств, не так ли? В очень идеализированном экспериментальном сценарии мы можем допустить, что испытуемый смог на короткий промежуток времени сконцентрировать свое внимание на чисто визуальном стимуле, но даже тогда он все равно слышал бы голос экспериментатора, ощущал твердость поверхности стула, на котором он сидит, и, возможно, чувствовал бы легкий запах кожи или полированной древесины. Другими словами, испытуемый в любом случае будет иметь мультисенсорный целостный опыт, который неразделим на пять различных типов сознания, соответствующих каждому из пяти чувств.

Более того, Крик и Кох старались подчеркнуть, что, пытаясь добраться до истоков сознания, они будут брать в расчет некоторые из более сложных аспектов, таких как эмоции и самосознание. Ведь нельзя игнорировать предположение, что наши чувства и эмоции вполне могут быть определяющей квинтэссенцией сознания в его самой базовой форме, как это, вероятно, демонстрируют мурлыкающий кот или лепечущий ребенок. В попытке разложить сознание на базовые элементы мы неизбежно приходим к чистой эмоции, которая является целостным состоянием мозга: грусть, страх, радость - вот что мы видим, а не только лишь визуальный смысл, свободный и независимый от всего остального.

Теперь оставим наши размышления в стороне и вернемся к сценариям, в одном из которых ваше внимание сконцентрировано на зрительном образе, а в другом - нет. Теперь идея состоит в том, чтобы исследовать конкретные состояния сознания пациентов с повреждением головного мозга, а именно то, как они реагируют на раздражители, представленные им в различных условиях. Сопоставляя специфический вид нарушения с отклонениями результатов от нормы, ученые могут заключить, какие области мозга теснее всего связаны с сознанием.

Мозг устроен таким образом, что если зрительная информация предъявляется слева (в левое поле зрения), то она поступает в правое полушарие, если же она предъявляется справа (в правое поле зрения), то попадает в левое полушарие. Разумеется, в норме информация, в какое бы полушарие она ни поступила, немедленно передается по мозолистому телу в противоположное полушарие. Но что происходит, когда мозолистое тело рассечено? Пациенты с повреждением волокон, которые соединяют два полушария, демонстрируют удивительные результаты. Когда исследователь показывает, скажем, яблоко, помещая объект в левое поле зрения пациента (в область «компетенции» правого полушария), пациент не может сказать, что он видит. Это связано с тем, что у большинства людей речевая функция во многом связана с деятельностью левого полушария, поэтому, несмотря на возможность увидеть яблоко, пациент не может сформулировать, что это такое. Когда яблоко расположено в правом поле зрения того же пациента, изображение проецируется в левое полушарие, и пациент на этот раз может сообщить, что видит яблоко.

Другая группа пациентов, которая приковала к себе внимание нейробиологов, -это люди, у которых слепое пятно распространяется практически на все поле зрения так, что они совсем перестают видеть. Поразительно то, что результаты МРТ, тем не менее, показывают, что мозг зарегистрировал и обработал объекты, находившиеся в поле зрения. Пациенты, страдающие от этого состояния, зачастую могут поймать мяч, брошенный им, несмотря на то, что сознательно не могут видеть ни мяч, ни человека, бросающего его, - движения осуществляются ими как будто автоматически.

Но тут есть одно «но»: работая с пациентами, имеющими нарушения в функционировании мозга, мы можем получить представление об особенностях сознания, характерных для конкретного случая - о качестве или содержании, - но это ничего не говорит нам о том, как это сознание возникает. К тому же пациент находится в сознании на протяжении всего эксперимента.

Опять же, можно работать со здоровыми субъектами, на этот раз просто наблюдая за динамическими изменениями в сознании. Некоторые исследователи даже рассматривали сознание как синоним внимания, но это не одно и то же. Например, вы можете проявлять внимание без участия сознания. Когда на мониторе кратковременно и неожиданно вспыхивает изображение, человек способен сформулировать его содержание, даже если времени на разглядывание было недостаточно: за короткий промежуток времени в тридцать тысячных секунды можно уловить «суть» сцены без осознания конкретных деталей. Так же возможно осознание без внимания: даже будучи сосредоточенным на другой задаче, человек различит особенности периферийной сцены: например, изображение животного или транспортного средства, мужского или женского лица.

Эти находки удивительны и подогревают наш интерес, но они все еще не могут пролить свет на основную проблему: понимание таинственной трансформации бессознательного состояния в сознательное, дающее этот дразнящий субъективный внутренний опыт. Разумеется, драма заключается в том, что пациенты с нарушениями связи между полушариями и слепотой (или здоровые добровольцы, у которых экспериментально воспроизведены эти нарушения) постоянно пребывают в сознании: ключевое, основное явление, которое мы хотим исследовать, остается насмешливо постоянным. Важно помнить, что непереходный глагол «быть в сознании» не является взаимозаменяемым с его транзитивным аналогом «осознавать что-то».

Например, только во время «сознательных» визуальных переживаний более поздние этапы обработки зрительной информации выявляются при сканировании мозга. Но что нам на самом деле дает знание, что определенные области мозга совпадают с определенным сознательным опытом? В конце концов, корреляция может быть причиной, следствием, а может не быть ни тем ни другим. Фактическая связь между активной областью мозга и субъективным опытом не очевидна, и мы все еще очень далеки от ее понимания.

Мозг разных млекопитающих отличается по размеру, форме и внешнему виду, но тем не менее состоит из определенных участков, которые легко различимы невооруженным глазом. Так может ли один из этих участков мозга квалифицироваться как «центр» сознания? Не правда ли, кажется замечательной идея, будто мозг состоит из автономных «центров» той или иной функции? Ведь тогда было бы намного проще понимать принципы работы мозга. Именно по этой причине в начале девятнадцатого века набирала популярность «наука» френология (от греч. «изучение ума»). Белые фарфоровые головы, исчерченные линиями сточными с каллиграфическими надписями, такими как «любовь к отечеству» и «любовь к детям», демонстрировали участки мозга, в которых были якобы «заключены» эти качества.

В настоящее время нейробиологи понимают, что это обольстительно упрощенная концепция и что на самом деле нет такой вещи, как «центр» для любой психической функции, не говоря уже о сознании. Есть две веские причины отказаться от такого понятия. Первая: просто не имеет смысла говорить, что мозг состоит из независимых мини-мозгов. В детстве я читала комикс «Олухи» («Numskulls») про маленьких человечков, которые живут внутри мужской головы. У каждого была своя работа. Например, был отдел очистки носа, а также штаб, откуда менеджер Олух звонил своим подчиненным. Мозг разделялся на комнаты, двери между ними открывались и закрывались. В определенном смысле это довольно грубая карикатура на то, как некоторые люди, говоря о «центрах» в мозге, могут непреднамеренно подстраивать под эту концепцию и сознание. Если мы будем следовать этой стратегии, наша основная проблема никогда не решится.

В любом случае, более полувека исследований показали нам, что мозг работает не так. Возьмите зрение: есть по меньшей мере тридцать различных областей мозга, которые задействованы в процессе восприятия и обработки зрительной информации. Это немного похоже на инструменты в оркестре или рецепт блюда сочень сложными ингредиентами. Каждая область мозга действительно играет свою специфическую роль, но каждая вносит вклад в целое. И результат- нечто большее, чем сумма частей, и здесь заключен сакральный момент сознательного опыта.

Тем не менее существует стойкое убеждение, что сознание должно быть каким-то образом связано с корой, внешним слоем мозга, поскольку эта область в процессе эволюции возникла позднее остальных и степень ее развития коррелирует с умственными способностями животного. Более того, кажется, что простой дезактивации коры достаточно, чтобы обеспечить потерю сознания. Мы могли бы просто сказать, что для сознания требуется полноценная кора, которая взаимодействует с остальными частями мозга. Но на практике мы знаем, что необходимым условием является нормальная работа всего мозга. Так что идея слишком расплывчата, чтобы быть полезной.

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.