Александр Фадеев.

Тайна Бога и наука о мозге. Нейробиология веры и религиозного опыта

(страница 2 из 18)

скачать книгу бесплатно

2. Аппараты мозга. Механизм восприятия

В начале 1980-х ученые одного из ведущих университетских центров, занимавшихся конструированием роботов, наблюдали, как последняя их модель неуверенно, рывками передвигается с одного конца своей вселенной к другому. Эта вселенная помещалась в захламленном подвале университетского здания, используемом как склад, и составляла метров шесть в ширину. Но это был единственный мир, с которым робота познакомили программисты.

Сам робот – неуклюжее соединение процессорных блоков компьютера с подвижным металлическим каркасом – путешествовал, не покидая здания. Его не пытались сделать красивым, но хотели сделать умным, его мощный компьютерный мозг содержал специальную программу, чтобы он мог «продумать» свой путь по комнате. Робот был также снабжен рудиментарным органом зрения: к его каркасу крепилась видеокамера, которая снабжала его компьютерный мозг «сенсорными» сигналами, помогавшими успешно перемещаться в пространстве.

Ученые разработали эту модель робота для выполнения весьма простых задач: с помощью «органа зрения» безопасно перемещаться по захламленной комнате, найти дверь, ведущую в коридор, и открыть ее. Несведущему человеку могло бы показаться, что эти задачи слишком примитивны для такой сложной машины, но ученые знали, что на их решение роботу придется до предела потратить все свои вычислительные способности. Они надеялись, что этот эксперимент позволит им лучше понять способность искусственного разума взаимодействовать с окружающей обстановкой в процессе движения.

Движение было главным элементом данного эксперимента, оно ставило перед компьютерным мозгом робота крайне трудные задачи буквально на каждом совершаемом им нелегком шагу: даже самому незначительному движению предшествовала мучительно долгая пауза, посвященная анализу, – скажем, решение проблемы, как обогнуть стол, могло сделать робота неподвижным на целые часы.

Чтобы понять, почему робот продвигался так медленно, нам надо вспомнить, насколько примитивны были его инструменты для восприятия окружения. У него был только один источник информации об окружающем мире, в котором он искал свой путь: визуальные образы, поступающие на компьютер с видеокамеры, прикрепленной к его каркасу. Эти образы помогали роботу ориентироваться в среде, но при малейшем перемещении вся картина менялась: углы и расстояния становились иными, тени сдвигались, одни предметы становились ближе, а другие оказывались дальше.

Предметы в комнате, разумеется, не двигались, менялись только пространственные отношения робота с каждым из них. Каждый раз, когда робот продвигался вперед, он видел иную картину мира. Она отличалась от старой немного, но этого было достаточно, чтобы умная машина замерла на месте. Ее процессорам не хватало мощности, а программам – сложности для понимания того, что мир, запечатленный в предыдущем наборе образов, просто-напросто – чуть измененная версия все того же мира.

Таким образом, для робота любое изменение было тотальным, так что каждый новый образ был для него отражением совершенно иной вселенной.

Робот не мог перенести опыт «старого» мира в мир новый – для него реальность не перетекает плавно с одного момента в другой – таким образом, новый визуальный образ представляется для него совершенно незнакомой реальностью, с которой надо учиться обращаться заново.

Сопутствующая обработка информации оказалась крайне тяжелой нагрузкой для цифрового мозга робота, и в результате он передвигался крайне медленно. В итоге, через десять часов после запуска он дошел до двери, к которой изначально стремился, взялся своей механической лапой за ее ручку, потянул на себя и открыл ее.

Искусственный разум робота еле-еле справляется с задачами, на решение которых мозгу живого человека требуются считанные мгновения

По завершении этого путешествия сотрудники лаборатории устроили маленький праздник. Затем робота перекатили в отправную точку его маршрута и дали задание повторить путешествие. Робот добросовестно начал новую мучительную прогулку по загроможденному помещению и после многих часов тяжелой работы снова достиг конечного пункта. Однако, пока его камера искала дверь, а компьютер сравнивал полученные визуальные образы с образцами, хранящимися в памяти, робот постоянно резко прерывал движение. Кто-то взял липкую ленту и наклеил ее на дверь, сделав маленький черный знак Х., который все изменил. Робот ничего не знал о двери с таким знаком. Ничто в его кремниевых понятиях не намекало на то, что дверь со знаком Х может по-прежнему считаться дверью. Из-за этого Х дверь в восприятии лишалась характерных для нее признаков, так что ему оставалось продолжать искать ее в других местах.

* * *

Только что описанный эксперимент был проведен около двадцати лет назад, когда высокие технологии только начали развиваться, и ученые с энтузиазмом только взялись за изучение возможностей искусственного интеллекта. Затем создавались новые поколения компьютеров, у которых увеличивались объем памяти и скорость обработки потока информации. Такие удивительные новинки, как распознавание голоса или виртуальная реальность, стали обычным явлением, и сегодня наши самые совершенные компьютеры за один миг могут решить столько математических уравнений, сколько Ньютон едва успел бы решить в течение пяти своих жизней.

Но несмотря на два десятилетия стремительного развития новых технологий, даже самые мощные модели искусственного интеллекта не могут так плавно и гибко следить за изменениями реального мира, как это делает мозг. Когда перед подобными машинами ставят задачу обрабатывать информацию, не прекращая целенаправленного движения по комнате, даже самые совершенные роботы уступают в ловкости ребенку, кошке или хомяку.

Даже самые совершенные роботы уступают в ловкости ребенку, кошке или хомяку

Такое несовершенство искусственного интеллекта, разумеется, не затмевает блеска разума тех ученых, которые конструируют разумные машины. Но это позволяет нам понять, как трудно собрать миллиарды битов разрозненных данных в единое, динамичное и устойчивое представление о «мире», в котором может целенаправленно и безопасно перемещаться отдельный организм. Но эту неимоверно сложную задачу постоянно решают все живые существа, даже самые примитивные. Фактически это наиважнейшее условие выживания: любой организм должен постоянно обрабатывать лавину все время поступающих к нему сенсорных данных. Их надо сортировать и обрабатывать, чтобы они складывались в одну реальную картину действительности, а затем живое существо свободно движется в этой реальности таким образом, чтобы максимально обеспечить свой шанс на выживание.

По сути, выживание животного зависит от его способности взаимодействовать с его окружением так, чтобы максимально увеличить возможность найти себе пару и пропитание, одновременно сводя к минимуму риск сорваться со скалы или наткнуться на голодного хищника. Интересно, что дезориентированный робот, о котором речь шла ранее, был бы явно неспособен справиться со всеми этими задачами. Если бы он был съедобным живым существом, то стал бы легкой добычей хищника. В то же время обезьяны, кролики, мыши и любая другая подвижная живая тварь могут быстро заметить опасность и возможности, с которыми они постоянно сталкиваются в окружающем мире, и быстро на них отреагировать, что значительно повышает их шанс на выживание.

Почему живые существа способны обрабатывать сенсорную информацию успешнее, чем самые современные компьютеры? Самый вероятный ответ звучит так: потому что их сложные нейронные сети, которые занимаются интерпретацией поступающих сенсорных сигналов, были созданы не современными учеными, опирающимися на логику, а собирались, нейрон за нейроном, от самых примитивных до самых совершенных участков, методом проб и ошибок на протяжении миллионов лет эволюционного процесса[17]17
  Конечно, существует и другое объяснение: такой удивительно сложный мозг был создан Творцом. В любом случае живой мозг куда лучше справляется с обработкой сенсорной информации от внешнего мира, позволяющей создать всестороннюю картину реальности. Тем не менее мы будем опираться на научные представления об эволюционном развитии.


[Закрыть]
. Подобные неотложные конкретные проблемы выживания на протяжении бесчисленных поколений вели тонкую генетическую настройку нервной системы, которая в итоге достигла такой сложности и такой изящной целостности, что даже самые блестящие компьютерные программисты пока могут лишь мечтать о подобном уровне функционирования. Задача любого живого мозга, независимо от степени его неврологического совершенства – будь то крохотные нервные узлы, управляющие поведением насекомого, или невероятно сложный неокортекс человека – всегда оставалась одной и той же: увеличить шансы организма на выживание с помощью реакций на сырые сенсорные данные, которые при обработке складываются в рабочую картину мира.

Задача любого живого мозга: увеличить шансы организма на выживание

Мозг всех живых существ для выполнения своей функции пользуется работой одной и той же единицы – нервной клетки, которая у разных существ работает примерно одинаково[18]18
  Конечно, существуют особенности функционирования нервных клеток в зависимости от вида животного, тем не менее важнейшие электрохимические процессы во всех случаях обладают удивительным сходством. Фактически наши представления о биологии нервной клетки человека во многом основаны на изучении нейронов других животных. Относительно простых животных, таких как черви или моллюски, изучать легче, потому что их организм содержит всего лишь несколько тысяч нервных клеток, тогда как в мозге человека их миллиарды. Нейроны в мозге проходят дифференциацию, благодаря которой могут играть разные роли и использовать различные вещества в качестве медиаторов, благодаря которым нервные клетки осуществляют коммуникацию между собой. Так, например, одни нервные клетки используют в качестве медиатора допамин, другие – ацетилхолин, но при этом все они реагируют на поступающие стимулы и все подают какой-то сигнал на выход. В основном эти процессы связаны с движением различных ионов, таких как натрий и кальций, через мембраны поверхности клетки. И наконец, мозг содержит клетки и иных типов, в частности миелиновые клетки, которые позволяют нейронам обмениваться сигналами друг с другом. Такие заболевания, как множественный рассеянный склероз, есть следствие разрушения миелиновых клеток, без которых нарушается коммуникация между отдельными нейронами, в результате чего у пациента появляется ряд неврологических проблем, влияющих на когнитивную функцию и моторику.


[Закрыть]
. Нервная система даже самого примитивного существа действует по тем же основным законам химической стимуляции и проведения электрического импульса, что и мозг человека. Так, например, представитель класса плоских червей[19]19
  Пресноводные плоские черви были, возможно, первым видом живых существ с центральной нервной системой (Colbert 1980, Jarvic 1980). Кроме того, такой тип нервной системы впервые появился в процессе эволюции несколько сотен миллионов лет назад (Joseph 1993).


[Закрыть]
может иметь всего лишь несколько сот нервных клеток во всем своем организме, но процессы, которые позволяют этой рудиментарной нервной системе управлять нехитрым набором действий – касающихся питания, размножения и уклонения от потенциальной опасности, – это ровно те же самые процессы, которые, умноженные и в усовершенствованном виде, действуют в удивительно сложном мозге человека и позволили, скажем, Эйнштейну ставить легендарные мысленные эксперименты или Шекспиру создать его поэзию.

Трудно измерить дистанцию, отделяющую мозг человека от нервной системы червя, но с неврологической точки зрения она не бесконечна. Отличия здесь в основном определяет степень сложности. Именно сложность, если рассматривать это с неврологической точки зрения, отличает червя от жабы, жабу от шимпанзе, а шимпанзе, скажем, от Стивена Хокинга.

Эволюция мозга животных в целом заключалась в том, что он становился все сложнее[20]20
  Стоит подчеркнуть, что такое движение к сложности не всегда имеет линейный характер. Иными словами, не следует ожидать, что все животные, возникшие позже, обязательно обладают более сложным мозгом. Но в целом можно сказать, что в процессе эволюции мозг увеличивался в объеме (относительно объема тела) и становился сложнее, а это позволяло животному с большей гибкостью адаптироваться к внешней среде с ее непрерывными изменениями. Подробнее об эволюции мозга см.: Joseph 1996.


[Закрыть]
. Эта сложность позволяла организмам все точнее оценивать состояние окружающей среды и реагировать на происходящие в ней изменения более дифференцированно и эффективно с помощью широкого набора адаптивных реакций. У таких примитивных организмов, как черви, нервная система состоит из простой цепочки нервных клеток, что позволяет животному интерпретировать реальность лишь самым грубым образом и реагировать на нее простейшими реакциями – приблизиться/убежать.

Нервная система даже самого примитивного существа действует по тем же основным законам химической стимуляции и проведения электрического импульса, что и мозг человека

Однако в процессе эволюции видов эта нервная цепочка стала длиннее и обрела усложненную структуру. Там появились петли и узлы. Она стала усовершенствованной сетью нервных клеток, которых стало гораздо больше: сначала миллионы, а потом миллиарды. Они стали частью в высшей степени специализированных структур, которые с высокой степенью точности обрабатывали сенсорную информацию. В итоге между структурами возникли многочисленные связи, позволявшие им обмениваться информацией, строить из нее общую богатую и многоярусную картину окружающей среды и адаптироваться к ней самыми оптимальными способами.

Неимоверная сложность, которую обрела в процессе эволюции нервная система, достигла своей вершины в такой уникальной конструкции, как мозг человека. Благодаря своей совершенной неврологической архитектуре мозг дает человеку мультисенсорную и многомерную картину окружающего мира. Это позволяет ему также пользоваться широким спектром сложных поведенческих реакций в ответ на опасности и возможности этого мира.

Человек не мог бы быть человеком, если бы его мозг не обладал способностью генерировать богатую деталями, реальную и понятную картину мира

Люди обладают способностью предвидеть развитие плохих или благоприятных ситуаций, представлять себе разные альтернативные варианты и потенциальные последствия, даже самые сложные, а также планировать пути к достижению оптимальных результатов. Благодаря человеческому мозгу, который велик по объему и сложен, люди научились хранить пищу впрок, выращивать злаки и рыть колодцы. Для повышения своих шансов на выживание они объединялись в племена и кланы, чтобы общаться, вместе охотиться, делиться запасами и успешно защищаться от опасности. По мере развития сообществ люди учились все совершеннее управлять своей средой, создавая для этого города, государства, правительства, религии, культуру, технологии и, наконец, науку.

Говоря о функциях мозга, которые позволили людям всего этого достичь, употребляют самые разные слова, такие как творчество, талант, понимание или вдохновение. Но человек не мог бы быть человеком, если бы его мозг не обладал способностью генерировать богатую деталями, реальную и понятную картину мира.

* * *

Средний вес мозга человека составляет 1,6 килограммов. По размеру он примерно соответствует большой головке цветной капусты, а по цвету и консистенции напоминает большой шар крайне прочного тофу. Маленькими связками мозг прикреплен к стенке черепа, а тонкий слой жидкости между костями черепа и внешней бороздчатой поверхностью мозга служит защитной подушкой. Эти особые извилины представляют собой различные отдельные структуры, составляющие вместе целостную архитектуру мозга. Каждая такая структура исполняет узкоспециальные функции, но одновременно тесно сотрудничает с другими частями мозга как целого. Такое сложное и утонченное взаимодействие частей позволяет мозгу направлять и интерпретировать информацию, поступающую к нему по нервным волокнам мощным потоком, и реагировать на нее должным образом.

Есть два принципиальных способа, позволяющих нам судить о том, какую именно функцию выполняет определенная структура мозга. Во-первых, это изучение случаев повреждений мозга любой природы, чаще всего из-за опухолей, травм или инсультов. Исследуя, какие функции выпадают при повреждении конкретного участка мозга, ученые, например, открыли, что при поражении затылочной доли ухудшается зрение, а повреждение височной доли может повлиять на речь.

Определить функции разных участков мозга можно и другим способом – с помощью изучения мозга человека, выполняющего особые задачи, методами визуализации. Этот подход называют изучением активности мозга. Методы визуализации позволяют установить, какие участки мозга активизируются при определенном поведении испытуемых.

Мы не можем подробно разобрать анатомическое строение мозга: это не соответствует нашим целям и не позволяет сделать объем книги. Однако, если мы хотим понять, как духовность связана с мозгом, нам важно иметь представление о его основных функциях. При этом мы сосредоточим внимание на тех структурах мозга, которые, как мы считаем, имеют самое непосредственное отношение к феномену духовных переживаний. Одни из этих структур участвуют в генерации некоторых эмоциональных и нейробиологических состояний, и мы рассмотрим эти структуры в следующей главе. В данной же главе мы поговорим о коре головного мозга, в которой, как считается, и следует искать местоположение природы человека. Кора мозга выполняет большую часть наивысших когнитивных функций, а ее различные центры для обработки информации, или ассоциативные зоны, собирают потоки нервных импульсов в единую осмысленную картину, которая позволяет мозгу воспринимать окружающий мир.

При рассмотрении каждой темы мы старались использовать такие понятия и модели, которые доступны рядовому читателю. Часто это не те термины, которые приняты в нейробиологии. Кроме того, мы здесь опирались отчасти на эмпирические факты, а отчасти – на гипотезы. Мы старались не смешивать первые со вторыми. Тем не менее все наши рассуждения, независимо от этого, основаны на результатах проведенных научных исследований. Заинтересованный читатель найдет ссылки на дополнительную информацию в списке литературы в конце книги.

Что делает нас людьми: кора головного мозга

Человеческий мозг – это прежде всего знакомые нам извилины коры, которая выполняет все высшие когнитивные функции. Большую часть коры головного мозга называют неокортекс, потому что эта часть мозга появилась в процессе эволюции в последнюю очередь. Именно развитие этой «новой коры» сделало наш мозг чрезвычайно развитым, поэтому мы радикально отличаемся от всех других животных и способны создавать языки, произведения искусства, мифы и культуру.



Рис. 2.1: Мозг, вид сбоку (передняя часть мозга находится от нас слева).


Кора головного мозга связана с телом посредством более примитивных подкорковых структур, которые управляют работой базовых систем жизнедеятельности, гормональной активностью и примитивными эмоциями. Подкорковые структуры связывают кору с мозговым стволом, который, в свою очередь, связывает головной мозг со спинным и с биологическими процессами тела (см. рис. 2.1)[21]21
  Существует ряд и других структур, таких как таламус, ретикулярная активирующая система, ядро перегородки и мозжечок, которые, как можно предположить, имеют отношение к духовным переживаниям. Масштабные исследования, посвященные связи этих структур с духовными переживаниями, не проводились, но поскольку эти участки выполняют важнейшую роль в работе мозга в целом, в будущем исследователи, вероятно, откроют, что они тоже здесь задействованы, и потому нам показалось важным по меньшей мере их кратко описать. Таламус представляет собой главный пункт обмена информацией между разными участками мозга. Через него лобные доли связываются с лимбической системой, а большая часть неокортекса связывается с подкорковыми структурами и другими частями тела. Поскольку таламус заведует этими важнейшими связями, он незаменим для осуществления мозгом его сложных функций. Ретикулярная активирующая система (ретикулярная формация) – это группа рассеянных нервных клеток, находящихся над спинным мозгом. Данная система регулирует уровень возбуждения. Возможно, она участвует в формировании состояний необычного перевозбуждения нервной системы. Перегородочное ядро действует совместно с гипоталамусом и гиппокампом, смягчая или тормозя возбуждение и влияя на функции лимбической системы. Это также означает, что перегородочное ядро помогает фокусировать внимание и формировать воспоминания. Долгое время считали, что мозжечок, расположенный у основания мозга сзади, в первую очередь выполняет моторные функции. Недавние исследования методами визуализации показали, что мозжечок, среди прочего, вероятно, участвует в процессах управления вниманием, обучения и внутреннего контроля за распределением времени. Однако на сегодняшний день участие мозжечка в осуществлении высших функций мозга и, что особенно важно для нас, роль этой структуры в формировании религиозных переживаний изучены недостаточно.


[Закрыть]
. Таким образом, кора головного мозга представляет собой наиважнейший центр сенсорного и моторного контроля. Именно здесь мозг соединяется с телом, чтобы создать образ нас самих и окружающего мира.

Кора головного мозга делится на левое и правое полушария, а в каждом полушарии также выделяют по четыре важнейших зоны, называемых долями (см. рис. 2.1 и 2.2). Височная доля, находящаяся на боковой поверхности полушария, связана с языком и концептуальным мышлением; затылочная доля, расположенная сзади, ассоциируется со зрением; теменная доля, венчающая мозг, обеспечивает сенсорное восприятие, зрительно-пространственные функции и ориентацию тела; лобная доля на передней части мозга управляет вниманием и инициирует мышечную деятельность.



Рис. 2.2: Мозг, вид сверху (передняя часть мозга находится от нас слева).


Две полусферы головного мозга более или менее симметричны и по виду, и в какой-то мере по функциям. Например, левая полусфера получает и обрабатывает сенсорную информацию от правой половины тела и управляет моторикой этой стороны, тогда как правая полусфера исполняет те же функции относительно левой половины тела. В обеих полусферах также есть центры для обработки речи, которые при их согласованной работе сообщают нам способность эффективно выражать свои мысли словами.

Однако в то же время в работе правого и левого полушарий головного мозга есть важные отличия. Принято думать, что левое полушарие в большей мере склонно к аналитике и представляет собой центр вербальной коммуникации и математических способностей[22]22
  Для более подробного ознакомления с отличиями функций полушарий следует обратиться либо к Kandel, Schwartz, and Jessell 2000, либо к Joseph 1996.


[Закрыть]
. Правое полушарие использует более абстрактный и цельный подход, это центр невербального мышления, зрительно-пространственного восприятия, а также восприятия, модуляции и выражения эмоций. Но не следует забывать о том, что оба полушария могут выполнять одни и те же психические функции.

Поскольку левое полушарие головного мозга в целом обеспечивает неврологические основы устной и письменной речи и поскольку эти функции крайне важны для формулировки и выражения сознательных мыслей, часто это полушарие называют «доминирующим». Однако в типичном случае для правильной работы мозга необходимо слаженное взаимодействие коры обоих полушарий. Они осуществляют коммуникацию между собой с помощью сетей нервных волокон. Исследования показали, что эти сети в силу природы составляющих их нервных клеток не могут передавать сложные мысли и образы, но только нюансы.

Допустим, вы решаете какую-то геометрическую головоломку, скажем, думаете о том, как вписать квадрат в круг; при этом преимущественно задействован аналитический процесс, связанный с левой стороной. Мозг здесь использует логику измерения длины и окружности, при этом правое полушарие воспринимает эти формы как целое. Поскольку каналы коммуникации между полушариями не передают картин в деталях, правая часть мозга не имеет всей информации о результатах анализа левой части. Правая часть, создающая образы, не может в полной мере участвовать в поиске решения. Однако когда визуальные решения правой стороны мозга соответствуют аналитическим выкладкам левой, полушария с помощью электрических импульсов, поступающих к эмоциональному центру мозга, заявляют, что проблема решена.[23]23
  Конечно, процесс решения проблем с помощью мозга на самом деле выглядит намного сложнее, но данный пример демонстрирует один важный факт: даже при наличии нормальных связей полушария не обмениваются высокоспецифичной информацией.


[Закрыть]

По мере того как эти упрощенные репрезентации, отражающие мысли или образы, путешествуют с одной стороны мозга к другой, они глубоко влияют на точность восприятия мозгом окружающего мира[24]24
  Если говорить о способности этих структур коммуникации передавать информацию, здесь картина крайне сложная. Так, например, мозолистое тело – основная структура, осуществляющая коммуникацию между полушариями, – и передает информацию, и ограничивает возможности ею обмениваться (Selnes 1974). Таким образом, в процессе передачи информация может быть утеряна или может подвергнуться искажению (Marzi 1986). И даже точно переданная информация может неверно интерпретироваться получившим ее полушарием Joseph 1988, Gazzaniga and LeDoux 1978).


[Закрыть]
. Возьмем следующий пример: рассмотрим, каким образом мозг перерабатывает сырые звуковые импульсы в осмысленную речь. Сначала импульсы из первичных центров слуха поступают в главный речевой центр мозга, который обычно помещается в левом полушарии. Скажем, мозг слышит звук слова «right», которое на слух не отличается от «write» и «rite», а затем эти сенсорные данные превращаются в осмысленные слова и предложения, обладающие логикой, понимаемые в контексте грамматики и синтаксиса.

В то же время вторичный центр речи, находящийся в правом полушарии, получает информацию об активности левой стороны с помощью импульсов через структуры связи, а также непосредственно от первичных центров слуха. Правая сторона, используя свои способности к абстрактному и интуитивному пониманию, немедленно начинает интерпретацию эмоционального тона и интонаций речи, которые придают произнесенным словам тонкие смысловые оттенки.

О том, насколько важна такая операция, ярко свидетельствуют те случаи, когда центр речи в правом полушарии поврежден. При этом центр речи левого полушария сохраняет способность логического понимания смысла слов и фраз, но без интуитивной правой части теряется способность различить эмоции, стоящие за словами[25]25
  См.: Kandel, Schwartz, and Jessell 2000.


[Закрыть]
. В результате человек с таким нарушением, услышав обращенное к нему слово «Уйди!», не в силах оценить эмоциональный тон данного замечания: было ли это грозное повеление или шутливое приказание?



скачать книгу бесплатно

страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Поделиться ссылкой на выделенное