Models of the Mind

В 1958 году Лоренц проверил это на практике. Он свел динамику погоды к 12 уравнениям, выбрал несколько значений для начала - скажем, западный ветер со скоростью 100 км/час - и пустил математику в ход. По ходу дела он распечатывал результаты модели на рулонах бумаги. Выглядело это достаточно похоже на погоду, со знакомыми приливами и отливами течений и температур. Однажды он захотел повторить моделирование, чтобы посмотреть, как оно будет развиваться в течение более длительного периода времени. Вместо того чтобы начинать ее с самого начала, он решил, что может запустить ее частично качестве начальных условий значения из распечатки . Нетерпение иногда является матерью открытий.

Однако цифры, которые распечатал компьютер, были неполными. Чтобы больше поместилось на странице, принтер сократил количество цифр после запятой с шести до трех. Таким образом, числа, которые Лоренц ввел во второй запуск симуляции, не совпадали с тем, что было в модели до этого. Но какое значение могут иметь несколько знаков после запятой в модели погоды всего мира? Оказывается, совсем немного. После нескольких запусков математического механизма - около двух месяцев изменения погоды в модельном времени - этот второй запуск моделирования полностью отличался от первого. То, что было жарко, стало холодно, то, что было быстро, стало медленно. То, что должно было стать повторением, превратилось в откровение.

До этого момента ученые полагали, что небольшие изменения порождают только небольшие изменения. Небольшой порыв ветра в один момент времени не должен иметь силы, чтобы сдвинуть горы впоследствии. Согласно этой догме, то, что наблюдал Лоренц, должно было произойти в результате ошибки, возможно, технической ошибки, допущенной большими и неуклюжими компьютерами того времени.

Однако Лоренц был готов увидеть, что происходит на самом деле. Как он писал в 1991 году: "Ученый всегда должен быть в поиске других объяснений, кроме тех, которые широко распространены". То, что наблюдал Лоренц, было истинным поведением математики, каким бы не интуитивным оно ни казалось. В определенных ситуациях небольшие флуктуации могут усиливаться, делая поведение непредсказуемым. Это не ошибка или заблуждение, просто так устроены сложные системы. Хаос - так назвали этот феномен математики - реален, и ученым не мешало бы попытаться понять его.

Хаотические процессы приводят к результатам, которые выглядят случайными, но на самом деле являются следствием идеального следования правилам. Источником этого обмана является печальная истина о том, что наша способность предсказывать результаты, основываясь на знании правил, гораздо более ограничена, чем считалось ранее, особенно если эти правила сложны. В своей книге "Хаос: Making a New Science" ("Создание новой науки"), рассказывающей о том, как возникла эта область, Джеймс Глик пишет: "Традиционно динамик считал, что записать уравнения системы - значит понять ее... Но из-за маленьких кусочков нелинейности в этих уравнениях динамик оказался бы беспомощным в ответе на самые простые практические вопросы о будущем системы". Это наделяет даже самые простые системы, скажем, взаимодействующие бильярдные шары или качающиеся маятники, потенциалом порождать нечто удивительное". Он продолжает: "Те, кто изучал хаотическую динамику, обнаружили, что беспорядочное поведение простых систем действует как творческий процесс. Оно порождает сложность: богато организованные паттерны, иногда стабильные, иногда нестабильные, иногда конечные, иногда бесконечные".

Хаос творился в атмосфере - и если ван Вресвейк и Сомполинский были правы, то он творился и в мозге. Поэтому объяснение того, почему мозг реагирует на повторяющиеся сигналы с разнообразием, не обязательно связано с несовершенством клеточных механизмов. Это не значит, что в мозге нет источников шума (например, ненадежных ионных каналов или сломанных рецепторов), просто такой сложный объект, как мозг, с его взаимодействующими пулами возбуждения и торможения, не обязан демонстрировать богатые и нерегулярные реакции. В деле, при моделировании сети ван Вресвейку и Сомполински достаточно было изменить начальное состояние одного нейрона - с "горящего" на "не горящий" или наоборот - чтобы создать совершенно иную картину активности во всей совокупности. Если столь незначительное изменение может вызвать такие нарушения, способность мозга поддерживать шум кажется не такой уж загадочной.

* * *

В медицинских центрах по всему миру пациенты с эпилепсией проводят несколько дней - вплоть до недели - в маленьких комнатах. Эти "мониторинговые" комнаты обычно оснащены телевизором - для пациентов - и камерами, которые следят за движениями пациента - для врачей. Днем и ночью пациенты подключены к аппарату электроэнцефалограммы (ЭЭГ), который фиксирует поведение их мозга. Они надеются, что полученная информация поможет лечить их припадки.