В поисках сознания • Глянцевый журнал «Элитный квартал"

В поисках сознания

О том, какое значение для науки о мозге имеет «нейрон бабушки», о том, насколько сильно воображение обычной крысы и так ли загадочно человеческое сознание, как о нем принято думать!

Карта мозга

Мало кто сможет отрицать, что открытие в 1953 году Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком двойной спирали ДНК стало самым существенным прорывом для науки в целом и для понимания устройства человеческого тела в частности. Уотсон и Крик – два гения, которые после своего удивительного открытия довольно быстро поняли, что следующим важнейшим шагом для человечества в деле познания самого себя станет фундаментальное исследование мозга. Крик, умерший в 2004 году, последние 25 лет своей жизни посвятил изучению высшей нервной деятельности, и в том числе главному вопросу нейрофизиологии: как из согласованной работы миллиардов отдельных нейронов рождается сознание? Его нисколько не смущало, что в то время любой ученый, вступавший на эту территорию, тут же осмеивался и обвинялся в наступлении старческого слабоумия. Перед смертью Крик поделился со своим коллегой Уотсоном, что мечтал расшифровать «двойную спираль» мозга.

Уотсон, пожалуй, лучше всех понимал важность заявления своего друга Крика. Не случайно, когда один из создателей компании Майкрософт Пол Аллен спросил у Уотсона, что в ближайшем будущем станет главной темой исследования науки, тот не задумываясь, ответил: «Как гены делают мозг!» Именно после этого разговора Аллен выделил 100 миллионов долларов на создание в Сиэтле исследовательского Института мозга. И именно в этом институте ученые недавно пришли к выводу, что мозг обыкновенной мыши формируют 80 % всех генов в геноме этого животного. На все остальное тело эволюция, как выясняется, тратит меньше усилий.

И все-таки, что же представляет собой «картирование» мозга, о котором говорил Крик, и чем оно может быть полезно? И в самом деле, ученые уже приблизились к тому, чтобы взять какой-то отдельно взятый нейрон понаблюдать, как он будет реагировать в тех или иных ситуациях. Казалось бы, какое значение имеет одна-единственная клетка мозга, и как она одна может влиять на высшую деятельность, называемую сознанием? Вполне возможно, что никак не влияет, но некоторые эксперименты много раз демонстрировали, как одна-единственная клетка мозга реагирует всего лишь на какой-то один тип сообщения. Ну, например, проводился эксперимент, когда взоры исследователей были обращены к какому-то одному, случайно выбранному нейрону. Испытуемому показывали различные картинки и наблюдали, как этот конкретный нейрон будет реагировать. Представьте, что ученым пришлось прокрутить перед глазами испытуемого сотни и тысячи картинок, чтобы выяснить, наконец, что эта конкретная клетка включается в тот момент, когда человек видит фотографию своей бабушки. Ни на что другое он не реагирует, но активируется при просмотре образа бабушки. Причем, это может быть слегка искаженный, но узнаваемый портрет бабушки или даже просто написанное имя бабушки – нейрон реагировал на один конкретный образ. Нейрофизиологи даже придумали этому явлению название – «нейрон бабушки». После этого ученые брали другой, соседний нейрон того же испытуемого и выясняли, что тот реагирует на какой-то другой образ, например, на Владимира Путина и т. д.

Получается, что мы можем взять все клетки мозга человека и постепенно, одну за другой, изучить, проследив, какие действия она осуществляет. И, таким образом, так же, как и секвенирование генома, мы могли бы делать полное картирование клеток головного мозга человека, детальным описанием «специализации» этих клеток, как бы укладывая всю нервную деятельность человека в большую систему. Упрощенно говоря, человек чистит зубы – включается один набор клеток, человек ведет автомобиль – другой набор клеток и т. д.

Но возможно ли это на самом деле? Давайте подсчитаем. В мозге человека насчитывается более 100 миллиардов нейронов, причем каждый имеет от 5 до 10 тысяч связей с другими нейронами. Даже если просто подсчитывать все связи всех имеющихся нейронов со скоростью одна связь в секунду, на это потребуется более 30 миллионов лет. И даже это еще не все: если подсчитать все возможное количество комбинаций объединения нейронов в мозге, количество лет, за которое мы могли бы осуществить эту операцию, увеличится еще на несколько порядков. Так ли перспективна задача такого картирования?

Пожалуй, нет. Но самое удивительное, что мозг ежесекундно решает сложнейшие задачи, включая в нужный момент какой-то определенный набор нейронов. Важно понять общие принципы того, как это происходит. И это является задачей номер один для современных нейрофизиологов.

Монополия на разум?
Эпоха изучения мозга, когда ученые распознавали, какие определенные участки отвечают за тот или иной процесс в голове, по большому счету, заканчивается. Такой подход не дает нам ответа, как устроено мышление и как возникает сознание человека. Еще Крик почему-то был слепо уверен, что за феномен сознания отвечает какой-то отдельный участок мозга. Он выискивал участки в голове, которые, по его мнению, могли быть признаны ответственными за мыслительную деятельность. Например, называлась поясная извилина коры головного мозга. Но эта гипотеза на настоящий момент не выдерживает критики. Кстати, говоря о мыслительной деятельности, современные ученые давно отказались от мысли, что способность мыслить – это прерогатива исключительно человека. Сегодня известно, что некоторые птицы обладают высокоразвитым интеллектом и разумом, притом что в их мозге нет коры больших полушарий и поясной извилины. Крыса, например, так же, как человек, вполне способна думать. Современными методами томографии было четко установлено, что крыса после нахождения пищи мысленно прокручивает в своей голове ситуацию, которая привела ее к нахождению лакомства. То есть она балует себя приятными воспоминаниями, а значит, действительно мыслит.

Ученые действительно сходятся сегодня во мнении, что феномен разума, сознания, мыслительной деятельности – это одновременная работа некоторой совокупности нейронов мозга. Но в какой момент определенная совокупность нейронов становится эффективной функционально системой, порождающей сознание – ответ на этот вопрос пока не найден. Есть мнение, что существует так называемый «минимальный набор нервных клеток», которые, объединившись, способны рождать разум. Где расположен этот критический минимум – большой вопрос. Например, у простейшего червя нематоды всего 302 нейрона. Этого вполне хватает ему для существования, но назвать нематоду мыслящим существом вряд ли возможно. У крыс нейронов значительно больше, хотя и меньше, чем у человека. Но крыса, как мы теперь знаем, мыслит, да еще как!

Разоблачение сознания
В продолжение этих рассуждений стоит рассказать о том, что несколько лет назад в Швейцарии стартовал один амбициозный проект под названием Blue Brain. Это довольно успешная попытка создать удивительно точную компьютерную модель небольшого участка коры головного мозга человека – так называемого неокортекса. Известно, что размер неокортекса у человека и разных животных отличается. Например, у собаки 4 слоя новой коры, тогда как у человека – 6 слоев. Можно говорить о том, что эта разница определяет мощность и эффективность мыслительного процесса. Собака значительно хуже, чем человек, прогнозирует ситуации и находит взаимосвязи в тех или иных событиях. На первом этапе проекта Blue Brain ученым удалось смоделировать одну колонку неокортекса молодой крысы – крошечную пластинку мозга, состоящую из 10000 нейронов. Причем в этой модели один процессор компьютера имитировал один нейрон крысы.

Каждый микрочип запрограммирован так, чтобы действовать так же, как реальный нейрон в реальном мозге. Для этого был собран головокружительный объем данных о том, как действует реальная клетка неокортекса крысы. По утверждению Анри Маркрама, директора и автора этого проекта, модель Blue Brain является полностью биологически точной. После того как виртуальная модель из 10000 нейронов была создана, ученые стали подавать модели электрические импульсы, аналогичные потокам, пульсирующим в реальном мозгу крысы. Произошло действительно удивительное! Сразу после нескольких импульсов искусственная нервная система начала действовать так же, как и реальная. Кластеры связанных нейронов начали синхронизироваться, клетки связывали друг друга, различные типы клеток, как и положено, повиновались их генетическим инструкциям, микрочипы просто-напросто стали превращать себя в мозг.

В дальнейшем исследователи группы Blue Brain планируют зайти еще дальше: полностью смоделировать мозг крысы, ну а после этого останется несколько шагов до имитации работы мозга человека. Правда, в настоящий момент ученых серьезно сдерживают возможности современных компьютеров, уровень работы которых пока недостаточен для воссоздания 100 миллиардов клеток человеческого мозга. Что, впрочем, не мешает им рассуждать о природе сознания. Так, инициаторы проекта Blue Brain утверждают, что в самом мозге и в том, что он делает, нет ничего таинственного. Сознание вполне может являться лишь массивным количеством информации, ежесекундно обмениваемой миллиардами мозговых клеток. Если возможно с помощью компьютера смоделировать всю эту информацию, то почему же нельзя внутри компьютера родить сознание?! По мысли ученых из команды Blue Brain, сознание вполне может оказаться лишь двоичным кодом, который может возникнуть в машине, если машина будет построена правильно. Впрочем, пока это только лишь интересный эксперимент – не более того. Ведь вполне может оказаться, что гипотезы ученых ошибочны, и границы за которыми скрывается истина о нашем мозге, несколько шире, чем мы ее себе наметили. А такие ошибки, как мы знаем, не раз случались в истории мировой науки.