Вселенная. Происхождение жизни, смысл нашего существования и огромный космос

Пёппель с коллегами используют этот метод для изучения восприятия, познания и языковых функций мозга. Находясь в аппарате МЭГ, я слушал разные бессмысленные сигналы, а оператор определял, сколько времени пройдёт, пока я сознательно восприму этот сигнал как звук. Речь шла о десятках миллисекунд, о целых каскадах реакций коры головного мозга.

Однако меня больше впечатлил другой, более прозаический момент — эти датчики, подключённые к голове, улавливали мои мысли. Так называемая мысль чётко и безошибочно соотносится с движениями определённых заряженных частиц у меня в голове. Это удивительный, отрезвляющий факт об устройстве мира. Что бы подумали о нём Декарт и принцесса Елизавета?

Лишь немногие сегодня станут отрицать, что мышление связано с процессами, происходящими в мозге. Но существует разница между теми, кто считает мышление просто «способом рассуждения» о физических процессах в мозге — вроде тех, что зафиксировала у меня в мозге МЭГ, и теми, по мнению которых в этом процессе присутствует и дополнительная, внефизическая составляющая. Стоит немного поразмыслить о том, как именно работает мозг, чтобы понять, почему физическая трактовка столь убедительна.

* * *

Мозг — это сеть взаимосвязанных нейронов. В главе 28 мы кратко обсуждали, как сложные структуры могут возникать путём постепенного накопления мелких единиц, слагающих более крупные, причём интересная структурность прослеживается в любом масштабе. Мозг — отличный пример такого рода.

Считается, что носителем информации в мозге являются не нейроны как таковые, а способы их соединения. Каждый нейрон связан с одними нейронами, но не с другими; именно так и определяется сетевая структура мозга, именуемая коннектома.

Коннектома — это, в сущности, список всех отдельно взятых нейронов в мозге с учётом всех соединений каждого из них. Это поразительно сложная система: в человеческом мозге около 85 миллиардов нейронов, каждый из которых соединён с тысячью или более других нейронов, поэтому речь идёт о ста триллионах или даже большем числе соединений. Сложно заглянуть в человеческий мозг и рассмотреть все эти соединения, но именно такова цель нескольких исследовательских проектов в области нейрофизиологии, которые реализуются прямо сейчас. Полная характеристика человеческой коннектомы содержала бы примерно миллион миллионов гигабайт информации.

Каждый нейрон собирает входящую информацию от других нейронов, а иногда — от внешнего мира. Имея эту информацию, он «решает», когда срабатывать. Срабатывание — это однозначный ответ: либо оно происходит, либо нет; но входная информация, которую может получать нейрон, довольно разнообразна. На «приём» каждого входящего сигнала нейрон тратит примерно сорок миллисекунд, а на передачу каждого входящего сигнала тратится одна миллисекунда. Это колоссальный объём информации. Сорок отдельных входных сигналов, поступающие от пары тысяч различных синапсов, дают примерно 40 × 2000 = 80 000 «бит» данных. Таким образом, нейрон может получить около 2⁸⁰⁰⁰⁰ вариантов входящих сообщений, прежде чем решит — срабатывать или нет.

Подробные знания о человеческой коннектоме сами по себе не позволяют нам приблизиться к пониманию того, как в человеческом мозге организовано мышление. Не все нейроны одинаковы, поэтому, зная, как они соединены, мы знаем не всё. Учёные полностью картировали коннектому одного многоклеточного организма — это крошечная нематода C. elegans, плоский червь. У наиболее распространённой разновидности этой нематоды ровно 959 клеток, 302 из которых — нейроны. Мы знаем, как все эти нейроны сочетаются друг с другом — всего среди них насчитывается около 7000 соединений, — но это не позволяет понять, как думает плоский червь. Можно сказать, что мы изучили карту автомагистралей, но не схемы дорожного движения, которые там существуют. Может быть, когда-нибудь нам удастся прочитать, о чём думает нематода.

Коннектома нематоды C. elegans — компьютерная модель из проекта OpenWorm

Люди со временем меняются, и наши коннектомы меняются вместе с нами. Соединения укрепляются, поскольку многократное срабатывание определённых сигналов повышает вероятность, что конкретные синапсы будут срабатывать и в будущем. Мы считаем, что воспоминания формируются именно таким образом: связи между синапсами усиливаются и ослабевают в ответ на стимулы. В 2000 году нейропсихиатр Эрик Кандель стал одним из лауреатов Нобелевской премии по медицине за подробное исследование того, как это происходит у конкретного организма — непримечательного морского слизня. Слизни не слишком хорошо что-либо запоминают, но Кандель научил их распознавать некоторые простые стимулы. Затем он продемонстрировал, что эти новые «воспоминания» сопряжены с изменениями синтеза белков в нейронах, из-за чего форма нейронов меняется. Кратковременная память связана с теми синапсами, связи между которыми усиливаются, а долговременная память связана с образованием совершенно новых синапсов.