Мозг – повелитель времени

Жирные точки на рисунке — это отметки времени: зная текущее положение карандаша, можно определить, сколько времени прошло от момента получения входного сигнала. Таким образом, хаотические рекуррентные сети нейронов можно «приручить» путем настройки силы синаптических связей.

Теперь не помешает на минутку остановиться и задать вопрос: как именно эта нейросеть написала слово «хаос»? (или, точнее, где хранится информация, создающая двумерный образ, который человеческий мозг распознает как слово «хаос»?) Это серьезный вопрос, для ответа на который нужно отвлечься от традиционных представлений о вычислениях и памяти. Информация, на основе которой формируется слово «хаос», одновременно находится повсюду и нигде. В формировании этого образа участвует каждый синапс и каждый активированный нейрон, но ни один конкретный синапс или нейрон не является строго обязательным для формирования образа. Этот образ — эмерджентное свойство системы: общий результат больше суммы составных частей.

ВОПРОС, КАКИЕ ИМЕННО НЕЙРОНЫ ИЛИ НЕЙРОСЕТИ МОЗГА ОПРЕДЕЛЯЮТ ВРЕМЯ, МОЖНО СРАВНИТЬ С ВОПРОСОМ, КАКИЕ ИМЕННО ТРАНЗИСТОРЫ ИЗ МИЛЛИАРДА ТРАНЗИСТОРОВ В ПРОЦЕССОРЕ ВАШЕГО КОМПЬЮТЕРА ОТВЕЧАЮТ ЗА ДВОИЧНУЮ ЛОГИКУ. В ЭТОМ ПРОЦЕССЕ УЧАСТВУЮТ ОНИ ВСЕ, И ИМЕННО В ЭТОМ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ ИХ ЗАДАЧА.

Описанная выше сеть — довольно простая компьютерная модель с множеством встроенных допущений. И даже если с ее помощью удается лучше понять какие-то принципы функционирования коры мозга, она слишком проста и негибка, чтобы объяснить удивительную способность мозга обучаться распознавать и создавать такие сложные образы, как речь или музыка. Тем не менее все большее количество экспериментальных данных подтверждает, что многие производимые мозгом вычисления, особенно связанные с отсчетом времени, основаны на способности мозга активизировать в нейросетях сложные динамические траектории, которые могут использоваться для создания пространственно-временны́х образов, лежащих в основе нашей способности быстро пробегать глазами книгу или играть на фортепьяно154.

***

Необходимость отсчитывать время возникает практически во всех решаемых мозгом задачах, причем разные задачи требуют разных способностей: мозгу приходится различать длительность половины и четверти музыкальной ноты, отправлять сообщение с помощью азбуки Морзе, определять время начала озвончения при произнесении согласных звуков «б» или «п» или предугадывать время переключения сигнала светофора. Чтобы решать столь разнообразные задачи, мозг использует набор взаимосвязанных механизмов отсчета времени, распределенных в сетях нейронов. Однако интересно, что часы мозга имеют мало общего с часами, созданными с помощью человеческого мозга.

Сила синапсов со временем изменяется, число возбужденных нейронов увеличивается и уменьшается, частота осцилляций нейронов колеблется, и активность сетей нейронов динамически меняется со временем, поскольку одна из задач, для решения которой эволюционировали нейроны, заключается в определении времени. Так что вопрос, какие именно нейроны или нейросети мозга определяют время, можно сравнить с вопросом, какие именно транзисторы из миллиарда транзисторов в процессоре вашего компьютера отвечают за двоичную логику. В этом процессе участвуют они все, и именно в этом заключается их задача.

ЧАСТЬ II ФИЗИЧЕСКАЯ И МЕНТАЛЬНАЯ ПРИРОДА ВРЕМЕНИ

7:00 ЗАСЕКАЕМ ВРЕМЯ

Время для часов — что разум для мозга.

ДАВА СОБЕЛ155

Ядро нейрона и содержащиеся в нем хромосомы так же невидимы для человеческого глаза, как спутники Нептуна. Во временном измерении длительность взмаха крыла колибри столь же неподвластна нашему восприятию, как континентальный дрейф. Человек создал микроскопы и телескопы, чтобы различать объекты за пределами нашего ограниченного пространственного восприятия. Аналогичным образом, чтобы анализировать процессы, происходящие в диапазоне времени, который меньше и больше того, что воспринимает мозг, мы разработали специальные методы и инструменты — если хотите, временны́е микроскопы и телескопы.

Временны́е телескопы позволили установить, что человек и человекообразные обезьяны разошлись от общего предка примерно 7 млн лет назад, а также предсказать, что через несколько миллиардов лет наше Солнце превратится в красного гиганта и поглотит Меркурий и Венеру.