Кто за главного? Свобода воли с точки зрения нейробиологии

Ева Мардер изучала простую нервную систему и соответствующую моторную активность кишечника у североатлантического омара. Она выделила всю нейронную сеть, включая каждую клетку и синапс, и занялась моделированием динамики синапсов до уровня эффектов нейромедиаторов. С точки зрения детерминистов, зная и учитывая всю эту информацию, она должна была бы собрать все кусочки мозаики воедино и в результате описать, как функционирует кишечник ракообразного. Для этой простой, небольшой нервной системы ее лаборатория симулировала более 20 миллионов возможных комбинаций сил синапсов и свойств нейронов{146}. Выяснилось, что около 1-2 % комбинаций могут привести к подходящей динамике, которая соответствует моторной активности, наблюдаемой в природе. Процент небольшой, однако дает тем не менее от 100 до 200 тысяч разных вариантов, которые порождают абсолютно одинаковое поведение в каждый момент времени (а ведь это очень простая система с небольшим числом компонентов)! Философское понятие множественной реализуемости – представление о том, что есть много способов, которыми система может порождать одно и то же поведение, – прекрасно применимо к нервной системе.

Колоссальное разнообразие конфигураций сети, которые способны породить идентичное поведение, заставляет задуматься, можно ли вообще выяснить при анализе единичного случая с помощью молекулярных методов, каким образом возникает данное поведение. Это основательная проблема для редукционистов от нейробиологии, поскольку она показывает, что анализ нервных сетей позволяет понять, как что-то может работать, но не как работает в действительности. По-видимому, чрезвычайно трудно будет дать конкретное нейробиологическое толкование определенному поведению. Исследование Мардер воспринимается почти как подтверждение идеи эмерджентности – изучая нейроны, мы не достигнем нужного уровня объяснения. Существует слишком много различных состояний, которые приводят к одному и тому же результату. Должны ли нейробиологи впасть в отчаяние?

Джон Дойл так не считает и думает, что вообще нет необходимости в такого рода разговорах. Он обращает наше внимание на то, что при рассмотрении множества компонентов чего угодно по мере роста их числа и совокупности параметров сети количество возможных схем растет быстрее, чем по экспоненте. При этом происходит не такой бурный, но все же экспоненциальный рост числа функциональных схем. Важно отметить, что функциональный набор есть экспоненциально убывающая доля всех схем. Таким образом, даже несмотря на то, что число возможных комбинаций огромно, фактическое количество функциональных комбинаций – лишь малая часть этого громадного числа.

Что ж, именно это и обнаружила Ева Мардер со своими коллегами, и подобная закономерность властвует не только над омарами. Дойл приводит пример: “.в английском языке огромное количество слов – больше чем 10⁵ штук. Но возьмите слово organized. ‹…› В нем 9 разных букв, так что существует 362 880 способов расположить их на девяти местах, но только в одном случае мы получим функциональное английское слово. Поэтому крайне маловероятно, что длинная случайная последовательность букв (скажем, roaginezd) окажется настоящим словом, хотя слов-то очень много”. Дойл считает, это и хорошо, поскольку согласуется с представлением о мозге как о многоуровневой системе. Быть многоуровневым выгодно. Это связано с понятием устойчивости: уровень ниже создает очень прочную, но при этом гибкую платформу для возникающего более высокого уровня.

Работа Мардер вскрыла важную проблему для специалистов по нейронаукам. Задача состоит в том, чтобы глубже понять, как разные уровни мозга взаимодействуют, более того – как даже думать об этом, как разработать концепции и язык для описания этих взаимозависимых отношений. Такой подход даст возможность не только раскрыть тайну истинного значения понятий вроде эмерджентности, но и разобраться, как все-таки разные уровни сообщаются друг с другом.