Глобальное нейрональное рабочее пространство

Мой собственный взгляд на уникальность человеческой культуры состоит в том, что требовалось еще одно важное изменение, помимо развития «теории чужого сознания» – способность генерировать новые комбинации идей и усовершенствование сознательного ментального синтеза.

Если сравнить анатомию мозга современных людей с анатомией других приматов, ранних гоминидов или даже неандертальцев, мы увидим, что характерной особенностью нашего вида является выраженное увеличение размеров лобной доли. Префронтальная кора, расположенная в передней части полушарий головного мозга, является ключевым игроком в обширных сетях ассоциативных областей, включающих не только лобную, но и нижнюю теменную и переднюю височную кору. У людей эти зоны почти в 40 раз больше, чем у макак[511].

Возможно, самая примечательная трансформация, которая произошла в человеческом мозге, – это увеличение пучков волокон, лежащих под лобной долей. У человека они больше, чем у любого другого вида приматов, даже с учетом разницы размеров мозга и тела[512]. Некоторые дальние связи, например те, что соединяют нижнюю префронтальную кору с затылочным полюсом, могут существовать только у человека (рис. 8. 2). Префронтальные нейроны человека демонстрируют явную адаптацию к этому масштабному увеличению коннективности: их дендритные деревья, получающие сигналы от других нейронов, более ветвисты, а синаптические контакты гораздо многочисленнее, чем у других приматов[513]. Одна из разновидностей нейрона – гигантская веретенообразная клетка – по‑ видимому, имеется только у Homo sapiens и других человекообразных обезьян[514]. Эти нейроны находятся в определенной части лобной доли, передней поясной коре, и посылают чрезвычайно длинные аксоны к другим отдаленным участкам мозга.

Рис. 8. 2. Чтение – лишь один из примеров необычайной изобретательности нашего вида. Почему же только Homo sapiens переориентирует свои корковые сети на новые культурные функции? Аристотелевское понятие «общего чувства», мозгового центра, в котором слияние пяти чувств питает воображение и изобретательность, находит отклик в современных представлениях о дальних связях в мозге, особенно развитых у людей. Эти пучки объединяют и рекомбинируют информацию, поступающую из многих областей мозга. Для таких сетей характерна постоянная спонтанная активность. Мы с Жан‑ Пьером Шанже предполагаем, что эти нисходящие сигналы, встречаясь с восходящими сенсорными импульсами, обеспечивают сознательный доступ к внешнему миру и поддерживают повышенную способность к ментальному исследованию и изобретательству. Использовано с разрешения Annual Review of Neuroscience и Oxford University Press.

За массовым увеличением количества связей должен стоять новый функционал. Мы с Жан‑ Пьером Шанже предполагаем, что он заключается в передаче информации, поступающей из нескольких областей мозга, и ее объединении в общем рабочем пространстве коры. По завершении стадии ментального синтеза рассеивающиеся связи передают данные остальному мозгу.

Бо́ льшая часть коры приматов носит модульный характер – она подразделяется на специализированные территории, каждая из которых имеет специфические сенсорные сигналы на входе и выходе, а также внутреннюю структуру. Префронтальная кора и другие ассоциативные области, однако, устроены иначе. Они излучают и получают гораздо более разнообразные корковые сигналы, а потому, как правило, менее специализированы. Их поперечные связи нарушают модульность мозга и значительно увеличивают пропускную способность коры. Едва ли стоит удивляться, что эта система достигает своей максимальной эффективности в человеческом мозге. Мое предположение состоит в том, что ее эволюция порождает масштабное «нейрональное рабочее пространство», основная функция которого заключается в собирании, сопоставлении, рекомбинировании и синтезе знаний. Оно способствует предотвращению разделения информации и позволяет выбирать оптимальное поведение на основе любых комбинаций данных из прошлого и текущего опыта. Наша префронтальная кора, благодаря своим связям со всеми областями высшего уровня, обеспечивает пространство для внутренних размышлений, питаемых обширным набором перцепций и воспоминаний. Условно говоря, то, что мы называем сознательным мышлением, может быть просто манипулированием информацией в глобальном нейрональном рабочем пространстве.

Моя попытка установить связь между лобной долей и высшими умственными способностями, безусловно, не нова. За последние 30 лет этот вопрос исследовали такие физиологи, как Патриция Гольдман‑ Ракич и Хоаким Фустер, а также ряд нейропсихологов, в том числе Александр Лурия, Франсуа Лермитт и Тим Шаллис. Все они заметили одну интересную особенность: хотя повреждение лобной доли часто не оказывает влияния на элементарные и автоматизированные формы поведения, оно приводит к трудностям в организации сознательной рефлексии и планировании сложных целенаправленных действий. Уже в начале XX века передовые эксперименты итальянского невролога Леонардо Бьянчи, посвященные повреждениям мозга, заставили его охарактеризовать лобную долю как «орган психического синтеза». Он подчеркивал, что коннективность лобных долей, особенно развитая у людей, содействует сопоставлению слуховых и зрительных механизмов и быстрому подключению к системам понимания и производства речи[515].

Вернемся в еще более глубокое в прошлое. Именно Аристотель и Гален впервые сформулировали идею о том, что наш разум включает в себя sensus communis – «общее чувство», или здравый смысл, частный форум сознания, в рамках которого происходит связывание сигналов от органов чувств в единую и понятную репрезентацию. Еще в X веке Авиценна ассоциировал эту способность с передним отделом мозга (правда, он указывал на полости мозга – желудочки, – а не на саму корковую мантию)[516]:

К числу внутренних животных воспринимающих сил принадлежит сила фантазии, или общее чувство [sensus communis], – это расположенная в переднем желудочке мозга сила, которая самостоятельно принимает все формы, запечатлевающиеся в пяти чувствах и передающиеся ими этой силе. Далее следует сила представления, также расположенная в конце переднего желудочка мозга; это сила, которая сохраняет то, что общее чувство получает от пяти частных чувств и что сохраняется в нем даже после исчезновения чувственно воспринимаемого предмета… Далее идет сила, которую применительно к животной душе называют воображающей, а применительно к человеческой душе – мыслительной. Это сила, расположенная в среднем желудочке мозга[517].

В этом отрывке Авиценна наделяет лобную долю тремя способностями, которые, по его мнению, существуют у животных, но гораздо более развиты у людей: синтезом пяти чувств; памятью, которая сохраняет этот синтез «в уме» даже после того, как его объект исчезает; и воображением, которое обогащает восприятие и вместе с разумом может «придумывать» новые способы достижения цели. Удивительно, но эти идеи предвосхитили три главных открытия современной нейронауки о функции лобных долей:

• Префронтальные нейроны в основном мультимодальные. Эксперименты показывают, что они способны собирать всю информацию, имеющую отношение к текущей цели, независимо от того, исходит ли она от органов слуха, зрения или осязания. Практически нет таких входящих сигналов, которые бы не поступали в префронтальную кору.

• Префронтальные нейроны активны даже после того, как воспринятый объект исчезает. Их разряды могут оставаться достаточно интенсивными в течение нескольких десятков секунд и хранить рабочую память о прошлом эпизоде столько, сколько требует эта информация.

• Префронтальные области включены в общемозговую сеть, активность которой постоянно варьируется, даже при отсутствии каких‑ либо сенсорных сигналов. Заманчиво связать эти колебания со спонтанным потоком сознания и воображения[518]. Если во время сканирования испытуемого не просят выполнить какую‑ либо конкретную задачу, мозг не находится в состоянии покоя, а проходит через непредсказуемую серию скоординированных состояний[519]. Возбуждение регистрируется в различных участках лобной коры, каждый из которых связан с определенными зонами отдаленных теменных, височных или затылочных долей. Эндогенная[520] активация этих сетей характеризует состояние покоя в сознании – оно исчезает только в глубоком сне, при наркозе или в коме[521].

Таким образом, человеческому мозгу изначально присуща хорошо развитая сеть дальних связей. Они образуют глобальное рабочее пространство, в котором осуществляется сопоставление, синтез и распределение информации, поступающей от других мозговых процессоров. Кроме того, для этой системы характерны спонтанные колебания, позволяющие проверять новые идеи. Я убежден, что недавний резкий рост этого глобального рабочего пространства тесно связан как с появлением рефлексивного сознания, так и с человеческой способностью создавать новые культурные объекты.

Спонтанные колебания, возникающие в префронтальной коре и других областях рабочего пространства, обеспечивают потенциальный нейронный механизм для процесса культурного рециклинга, о котором мы говорили на протяжении всей книги. Их стохастическая[522] активность может свидетельствовать о постоянном исследовании различных способов сбора и анализа содержания наших мозговых процессоров. Благодаря разветвленной сети нисходящих связей наш вид, в отличие от всех остальных приматов, может выбирать произвольную комбинацию идей и мысленно управлять ими. В конечном счете они могут найти новое, непредвиденное применение. В пределах глобального нейронального пространства мы можем внедрить в сознание бесконечное количество мыслей и рекомбинировать их по своему желанию. Я предполагаю, что секрет особой способности нашего вида создавать новые культурные объекты кроется именно в этом нейрональном котелке.

Важно отметить, что хотя сознательной деятельности мозга и свойственны внезапные колебания, но они носят отнюдь не случайный характер. Внутри отдельного мозга, как и на уровне общества, механизмы отбора стабилизируют комбинации идей, которые наиболее интересны, полезны, невероятны или заразительны.

Дорсолатеральная префронтальная кора хорошо приспособлена для такого рода сортировки. Она является получателем избранных нейрональных проекций, поступающих из систем оценки и вознаграждения, локализованных в орбитофронтальной и поясной коре, а также в подкорковых ядрах, таких как миндалевидное тело и базальные ганглии.

Моя гипотеза об изучении корковых цепей через префронтальную кору, несомненно, напоминает идею Дэна Спербера о том, что культуры пользуются определенной степенью изменчивости в мозговых модулях. Однако возможность синтеза между множественными процессорами мозга под защитой префронтальной коры значительно обогащает модель Спербера. Корковый рециклинг состоит не только в поиске новых входов для одного модуля. Сеть дальних связей, достигающая пика у Homo sapiens, в первую очередь обеспечивает сопоставление информации, поступающей от множества мозговых процессоров, которые в противном случае не смогли бы взаимодействовать. Я убежден, что инновации часто возникают именно из таких связей и межпрофильных метафор[523]. Изобретение чтения, в частности, состояло не только в создании набора знаков, которые эффективно стимулировали нашу зрительную кору. Оно опиралось главным образом на ассоциацию этих знаков со слуховыми, фонологическими и лексическими репрезентациями устной речи. Если другие человекообразные обезьяны не додумались до этой идеи, то, возможно, потому, что архитектура их мозга не позволяла им проверить эти новые комбинации.

Множество исследователей пришли к выводу, что наш вид обладает даром объединять мысли. Другие виды не способны интегрировать все источники информации с одинаковой степенью гибкости. Даже у детей этот процесс ограничен до полного развития префронтальной коры. Пространственные знания детей изучала моя подруга и коллега Элизабет Спелке с факультета психологии Гарварда. Как показывают ее исследования, до пяти‑ шести лет поисковое поведение детей отличается модульностью и низкой интеграцией. В поисках спрятанного предмета малыши, как правило, руководствуются цветом стены и чувством локации, которое подсказывает им, в какой части комнаты следует искать. Лишь к шести годам дети начинают представлять комбинаторную концепцию, такую как «слева от зеленой стены». Другие виды, например крысы, не достигают этой стадии интеграции даже во взрослом возрасте[524]. Способность складывать вместе две отдельные репрезентации («где» и «что»), по‑ видимому, связана с речью, а потому может быть присуща исключительно человеку[525].

Аннет Кармилофф‑ Смит из Лондонского института детского здоровья предложила смежную теорию, согласно которой когнитивное развитие детей состоит в выходе «за пределы модульности»[526]. Часть мозга ребенка, включая префронтальную кору, учится заново описывать в конкретной и абстрактной форме неявные знания, приобретенные ранее и скрытые в специализированных модулях. Усвоение алфавитного принципа – прекрасный пример такого внутреннего переосмысления. При рождении младенцы уже обладают, хотя и имплицитно, некоторым знанием фонем. После специального заучивания алфавита это скрытое знание сознательно извлекается и становится полноценной фонематической осведомленностью – способностью сознательно репрезентировать фонемы и манипулировать ими. В этой области ментальный синтез, сознательное представление и культурное изобретение явно идут рука об руку.

Аналогичному анализу можно подвергнуть и многие другие области человеческой культуры. Что касается математики, то в своей предыдущей книге «Number Sense» (буквально – «Чувство числа») я подчеркивал, что математика основывается на установлении новых связей или сравнений между такими категориями, как число, пространство и время[527]. В области художественного творчества Жан‑ Пьер Шанже видит суть искусства в поиске гармоничной целостности между мозговыми процессорами. К схожему выводу приходит и археолог Стивен Митен, основываясь на анализе орудий труда, созданных нашими предками за несколько миллионов лет человеческой эволюции. Митен полагает, что достижения нашего вида являются следствием мутации, позволившей многочисленным «часовенкам» специализированного интеллекта слиться в единый «собор», в котором могут свободно перемещаться мысли любого рода[528].

Итак, мозг нашего вида обладает особым даром к ментальной рекомбинации. Эволюция глобального рабочего пространства позволяет ему оптимально эксплуатировать культурную когнитивную нишу, возникшую благодаря нейронному рециклингу. Только человек изобретает кардинально новые способы использования своих древних мозговых процессоров и, связывая их воедино, придумывает новые правила. Наша префронтальная кора функционирует как примитивная «машина Тьюринга». Она работает медленно и часто ошибается, но новые синтезы, которые она генерирует, отличаются высочайшей продуктивностью и креативностью. Ее изобретения, накопленные посредством культурной передачи на протяжении многих тысячелетий, выходят далеко за пределы способностей, приобретенных нашим видом в ходе биологической эволюции. Среди множества культурных сокровищ чтение, безусловно, является самой ценной жемчужиной, воплощающей в себе вторую систему наследования. Передать ее грядущим поколениям – наш долг.