Чтение онлайн

Интересно, что идея Маха о восприятии мира прекрасно соотносится с новым взглядом на мир революционно настроенной группы художников, создавших направление импрессионизма во Франции в конце XIX века. В пику реалистической школе, исповедовавшей детальное превращение внешней реальности в фотографически точное изображение, импрессионисты горячо верили в то, что их главное дело заключается в изображении их внутреннего, субъективно личного видения мира. Как тонко подметил бразильский искусствовед Марио Педроса, импрессионисты предлагали «разжижить твердое и срезать углы, превращая все, от фасадов соборов до структуры мостов, в одну цветную и пятнистую массу по всей поверхности холста, без какой-либо иерархии».

Мне по душе такой подход!

В общем, идеи Маха хорошо резонируют с выбором слова «релятивистский» для обозначения новой теории функционирования мозга. И хотя кто-то может утверждать, что это Альберт Эйнштейн ввел наблюдателя в релятивистскую систему координат для описания всего космического пространства, на деле ни он, ни его предшественники или последователи не пытались сделать шаг вперед и выявить внутренние релятивистские механизмы работы мозга наблюдателя. К счастью, введение релятивистской теории функционирования мозга теперь открывает возможность всерьез поговорить о том, что происходит.

Если следовать нейрофизиологической версии рассуждений Маха, центральная аксиома релятивистской теории мозга утверждает, что общий принцип действия мозга млекопитающих основан на непрерывном сравнении внутренней модели мира (и тела самого субъекта) с бесконечным многомерным потоком сенсорной информации, достигающей нашей центральной нервной системы в каждый момент жизни. Из этого сравнения человеческий мозг для каждого из нас выводит ощущение самого себя и мозгоцентрическое описание окружающей вселенной. Следовательно, чтобы выполнить любую задачу – от расчета движения руки до построения самой сложной сети причинно-следственных связей, необходимых для конструирования космического корабля, – человеческий мозг постоянно создает ментальные абстракции и аналогии в поисках лучших совпадений между его внутренними нейронными моделями и его видением мира и необходимой работы. Все, что когда-либо материализовывалось внутри человеческой вселенной – от разговорной речи до создания новых орудий, сочинения симфоний или планирования и осуществления чудовищного геноцида, – должно было вначале появиться в чьей-то голове в виде ментальной абстракции или аналогии. Таким образом, прежде чем я начну выполнять рукой какое-то сложное действие, тысячи или даже миллионы нейронов коры должны будут на время объединиться и образовать органическую вычислительную машину (в эту функциональную единицу также вовлекаются тысячи субкортикальных нейронов, но для простоты пока не будем о них говорить и сконцентрируем внимание на коре). Эта единица – функционально интегрированная нейронная сеть – отвечает за расчет программы движения, согласно которой и выполняется само действие. Я называю эту программу внутренней ментальной аналогией движения, которое будет выполнено телом через несколько сотен миллисекунд. В таком случае, следуя принципам физиологии ансамблей нейронов, эта нейробиологическая единица представляет собой истинный аналог компьютера, симулирующего движения тела с помощью конкретной дистрибутивной картины нейронной активности. Однако в соответствии с принципом вырожденности каждый раз, когда должно совершиться действие, эту предшествующую ему ментальную работу выполняют разные комбинации нейронов.

В таком контексте главный вопрос заключается в том, каким образом мозгу удается так быстро формировать такие аналоговые компьютеры для каждого случая и как эти разные органические единицы могут надежно осуществлять точные движения – будь то движения скрипача, балерины, подающего в бейсболе или хирурга.

Второй принципиально важный вопрос: как согласуются локальный и общий режим действия мозга? На одном из уровней мозг использует для обмена информацией между нейронами электрические импульсы, называемые потенциалами действия. Цифровая природа этой информации определяется как бинарным способом создания этих потенциалов действия (все или ничего), так и точным расписанием их создания каждым отдельным нейроном из сети нейронов. Последовательности таких потенциалов действия передаются по аксонам нейронов; когда они достигают синапсов (концевых зон контакта между аксоном и другим нейроном), эти электрические сигналы вызывают высвобождение в синаптическую щель нейромедиаторов. Передача и обработка этих цифровых сигналов может быть описана с помощью теории информации Клода Шеннона, т. е. мы можем измерить информацию в этих сигналах в битах и байтах, как мы бы описали информацию, передающуюся по телефонным линиям или содержащуюся в символах в вашем компьютере.

Но мозг также опирается и на аналоговые сигналы нейронов, поскольку только они в полной мере способны обеспечить тип обработки информации, необходимый нашей центральной нервной системе для осуществления человеческих поведенческих реакций. Как обсуждалось в главе 3, я предполагаю, что кроме информации Шеннона мозг животных (и особенно человека) использует аналоговую информацию Гёделя для реализации функций и поведенческих реакций, отличающих животных от цифровых машин. Если говорить попросту, только аналоговый сигнал может представлять точную аналогию с физическими параметрами, с которыми мы сталкиваемся в природе, такими как электрическое напряжение или ток, температура, давление или магнитные поля. Подобно этим физическим параметрам, генерируемые нейронами сигналы тоже должны постоянно изменяться во времени, чтобы позволить мозгу правильно выполнять свою работу. При этом цифровая версия таких сигналов нейронов отражает лишь отдельные элементы из непрерывных спектров сигналов, отбираемые через какие-то предопределенные интервалы времени. И хотя точное время производимого нейроном электрического импульса можно задать цифровым способом, все генерируемые этими клетками мозга электрические сигналы, такие как их мембранный и синаптический потенциал, а также сам потенциал действия являются аналоговыми волнами с переменным во времени электрическим напряжением. Более того, общая электрическая активность мозга, складывающаяся из сочетания синаптических потенциалов и потенциалов действия миллиардов нейронов, тоже представляет собой аналоговый сигнал. На основании всего этого я предполагаю, что мозг животных и человека функционирует с помощью гибридного аналого-цифрового вычислительного механизма.

После нескольких лет изысканий мне стало ясно, что максимальная скорость проведения потенциалов действия нервными клетками (около 120 метров в секунду) недостаточна для объяснения скорости, с которой мозг выполняет некоторые из своих самых важных функций, таких как объединение многих когнитивных способностей в единый разум. Поэтому я начал искать аналоговый сигнал, который мог бы распространяться через весь мозг со скоростью, близкой к скорости самой быстрой вещи на свете – нет, речь идет не о принимающем игроке из команды «Филадельфийских орлов», а о чем-то еще более быстром вроде скорости света!

Одна из важнейших структурных особенностей человеческого мозга – наличие плотно упакованных пучков и петель нервных клеток, образованных десятками миллионов аксонов, ответственных за передачу быстрых последовательностей потенциалов действия из одной области мозга в другую (главы 2 и 4). Как выяснил Майкл Фарадей в начале XIX века, электрические токи создают магнитные поля. Аналогичным образом изменения магнитного поля приводят к спонтанному возникновению электрического тока в проводнике. Помня об этом, я начал размышлять о том, что все эти петли белого вещества в нашем мозге не просто проводят электричество, но покрывают мозг множеством изменяющихся во времени нейронных электромагнитных полей. Вот почему мне нравится называть белое вещество, соединяющее кортикальные и субкортикальные структуры, биологическим соленоидом.

Электрическое поле коры начали измерять с середины 1920-х годов с помощью метода электроэнцефалографии. Кроме того, на данный момент уже на протяжении нескольких десятилетий с помощью метода магнитоэнцефалографии измеряют и магнитное поле мозга. Однако этот последний метод в основном ограничивается анализом коры, поскольку пока еще не созданы достаточно чувствительные методы исследований, которые позволили бы ученым проникнуть в более глубокие слои мозга.

Релятивистская теория мозга предполагает, что крайне сложные пространственно-временные нейронные электромагнитные поля возникают в результате прохождения электрических потенциалов через множество биологических соленоидов, которыми усеян наш мозг.

Важно отметить, что эти биологические соленоиды образованы не только очень большим количеством петель нервов, но и мириадами других колец белого вещества разного размера, включая микроскопические кольца, образованные дендритами и аксонами небольших сетей нейронов. Учитывая такое общее анатомическое строение, релятивистская теория мозга предсказывает существование не только уже известных кортикальных полей, но и большого количества субкортикальных электромагнитных полей.

Я считаю, что ядром уникальных вычислительных способностей нашего мозга является рекурсивное взаимодействие между этими двумя классами мозговых сигналов – цифровых потенциалов действия и возникающих в результате их прохождения по нервам аналоговых электромагнитных полей (рис. 5.1). В этом контексте я предполагаю, что электромагнитные поля нейронов обеспечивают появление эмерджентных свойств нейронов, которые мы считаем необходимыми для проявления высших ментальных и когнитивных способностей человеческого мозга. Дело в том, что такие электромагнитные поля служат своеобразным физиологическим «клеем», необходимым для слияния всего неокортекса в единый органический компьютер, способный объединять все наши мыслительные способности, а также обеспечивать очень быструю координацию между кортикальными и субкортикальными отделами мозга. За счет всего этого мозг способен выступать в роли единого компьютера. Это происходит по причине того, что находящиеся вдали от равновесия множественные аналоговые электромагнитные поля мозга согласуются между собой и создают то, что я называю нейронным пространственно-временным континуумом. В таком контексте нейронное пространство и время сливаются точно так же, как в общей теории относительности Альберта Эйнштейна для всей вселенной.

Рис. 5.1. Две схемы рекуррентных аналогово-цифровых взаимодействий в коре, опосредованных нейронными электромагнитными полями (НЭМП), в соответствии с релятивистской теорией мозга. A: Нейроны создают ряд электрических потенциалов действия – основных производимых мозгом сигналов цифрового рода, которые затем, при передаче по пучкам нервов, могут создавать аналоговые сигналы – электромагнитные поля. B: Далее такие электромагнитные сигналы способствуют возникновению новых потенциалов действия в соседних нейронах (рисунок Кустодио Роса).

В целом, по моему мнению, это электромагнитное взаимодействие позволяет мозгу координировать и точно синхронизировать активность отдельных частей, даже если они разделены между собой пространством или временем. Как в теории Эйнштейна, где время и пространство «сворачиваются» из-за наличия массы, изменяя пространственно-временные отношения между предметами, я полагаю, что этот пространственно-временной континуум нейронов тоже может в некоем нейрофизиологическом смысле «сворачиваться». В результате это приводит к слиянию отдельных частей мозга, достаточно удаленных друг от друга физически, в единую нейрофизиологическую/вычислительную единицу. Я считаю, что этот феномен – в менее развитой форме – существует у всех высших млекопитающих. Но, как мне кажется, у человека образующийся нейронный континуум (или ментальное пространство, как мне нравится его называть) представляет собой аналоговый нейронный субстрат, из которого возникают все сложнейшие функции человеческого мозга.