Мэтью Кобб

Мозг: биография. Извилистый путь к пониманию того, как работает наш разум, где хранится память и формируются мысли

Copyright © Matthew Cobb, 2020, 2021

Во внутреннем оформлении использована иллюстрация: Alexander_P / Shutterstock.com

Используется по лицензии от Shutterstock.com

© А.П. Шустова, перевод на русский язык, 2021

© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2022

* * *

В память о Кевине Коннолли (1937–2015), профессоре психологии Шеффилдского университета, который направил меня сюда

Поскольку мозг действительно является машиной, мы не должны надеяться обнаружить его хитрость устройства иными способами, кроме тех, что используются для обнаружения разгадки механизма других машин. Таким образом, остается сделать то, что мы сделали бы для любой другой машины: разобрать ее на части и посмотреть, что эти составляющие могут делать по отдельности и вместе.

Нильс Стенсен. «О мозге», 1669 год

Ключевые области человеческого мозга

Введение

В 1665 году датский анатом Нильс Стенсен обратился к небольшой группе мыслителей, собравшихся в Исси-ле-Мулино, на южной окраине Парижа. Фактически эта неофициальная встреча в дальнейшем положила начало Французской академии наук[1]; на данном собрании также был сформулирован современный подход к пониманию мозга. В своей лекции Стенсен смело утверждал, что если мы хотим понять, что делает мозг и как он это делает, а не просто описать его составляющие, то должны рассматривать мозг как машину и разобрать его на части, чтобы увидеть принципы данного органа.

Выдвинутая идея была революционной, и более 350 лет мы следуем предложению Стенсена: заглядываем в мертвый мозг, извлекаем кусочки из живого, регистрируем электрическую активность нервных клеток (нейронов) и – с недавнего времени – изменяем функцию нейронов с самыми удивительными последствиями. Хотя большинство нейробиологов никогда не слышало о Стенсене, его видение веками господствовало в науке о мозге и лежит в основе нашего замечательного прогресса в понимании, пожалуй, самого необычного органа.

Ученые могут заставить мышь думать, что она находится в другом месте.

Теперь мы можем заставить мышь думать, что она находится в другом месте, превратить плохую мышиную память в хорошую и даже использовать всплеск электричества, чтобы изменить то, как люди воспринимают лица. Мы составляем все более подробные и сложные функциональные карты мозга человека и других представителей животного царства. У некоторых видов мы можем трансформировать саму структуру мозга по своему желанию, изменяя в результате поведение животного. Некоторые из наиболее выдающихся последствий роста нейробиологической науки можно увидеть в способности парализованного человека управлять роботизированной рукой силой разума.

Ученые не всесильны: по крайней мере, на данный момент нельзя искусственно создать точный сенсорный опыт в человеческом мозге (галлюциногенные препараты делают это неконтролируемым образом), хотя, похоже, мы обладаем удивительной степенью контроля, необходимой для проведения такого эксперимента на мышах. Две группы исследователей недавно обучили грызунов лизать бутылку с водой, когда животные видели набор полос, а машины записывали, как небольшое количество клеток в зрительных центрах мозга реагирует на изображение. Затем ученые использовали сложную оптогенетическую[2] технологию, чтобы искусственно воссоздать выявленный паттерн нейронной активности в соответствующих клетках мозга. Когда это произошло, животное отреагировало так, будто увидело полосы, хотя и находилось в полной темноте. Одно из объяснений состоит в том, что для мыши паттерн нейронной активности был тем же самым, что и при зрительном восприятии. Для решения данной проблемы необходимы более сложные эксперименты, но мы стоим на пороге понимания того, как паттерны активности в сетях нейронов создают восприятие.

На данный момент нельзя искусственно создать точный сенсорный опыт в человеческом мозге.

Эта книга рассказывает многовековую историю изучения головного мозга, демонстрируя, как блестящие умы, отдельные из которых теперь забыты, сначала определили, что мозг является органом, рождающим мысли, а затем начали показывать, что он может делать. На страницах книги описываются необыкновенные открытия, совершенные нами в поисках знания, на что способен мозг, и я восхищаюсь кропотливыми экспериментами, что привели к значимым научным прорывам.

Но в рассказе об удивительном прогрессе есть существенный изъян, который редко признается во многих работах, претендующих на объяснение того, как работает мозг. Несмотря на солидный фундамент накопленной информации, у нас нет четкого представления о том, как миллиарды, миллионы, тысячи или даже десятки нейронов работают вместе, вызвая активность мозга.

Мы знаем в общих чертах, что происходит: мозг взаимодействует с окружающим миром, с остальными частями нашего тела, обрабатывая стимулы с помощью как врожденных, так и приобретенных нейронных сетей. Мозг прогнозирует, как эти стимулы могут изменяться, чтобы быть готовым к ответу, и, будучи частью организма, стимулы влияют на общее функционирование тела. Все это достигается нейронами и их сложными взаимосвязями, включая множество химических сигналов, в которых они «купаются». Независимо от того, насколько научное описание может идти вразрез с вашими глубочайшими чувствами, нет никакого «бестелесного человека», обитающего у вас в голове и присматривающего за активностью мозга, – все это просто нейроны, их связь и химические вещества, которые наполняют нейронные сети.

Однако, когда дело доходит до реального понимания того, что происходит в мозге на уровне нейронных сетей и составляющих их клеток или до способности предсказать, что произойдет, когда активность конкретной сети изменится, мы все еще находимся в самом начале. Мы в состоянии искусственно вызвать зрительный образ в мозге мыши, скопировав очень точный паттерн нейронной активности, но не до конца понимаем, как и почему зрительное восприятие производит данный паттерн в первую очередь.

Как вышло, что мы достигли столь поразительного научного прогресса и все же едва коснулись тайн удивительного органа в нашей голове? Ключ к понимаю этого парадокса можно найти в идее Стенсена, предложившего рассматривать мозг в качестве машины. Слово «машина» на протяжении веков означало очень разные вещи, и каждое из его значений влияло на то, как мы относимся к мозгу. Во времена Стенсена существовали только устройства, работающие либо на основе гидравлики, либо на часовом механизме. Знания, которые они могли дать о структуре и функциях мозга, вскоре оказались ограниченными, и теперь никто не рассматривает его таким образом. С открытием электростимуляции нервов в XIX веке мозг начали представлять в виде своего рода телеграфной сети, а затем, после обнаружения нейронов и синапсов, как телефонную станцию, позволяющую гибко организовывать и выводить данные (эта метафора до сих пор иногда используется в научных статьях). Начиная с 1950-х годов, в умах исследователей господствовали концепции, пришедшие в биологию из области вычислительной техники: цепи обратной связи, информация, коды и вычисления. Но, хотя многие из мозговых функций, которые мы определили, обычно связаны с каким-то видом вычислений, есть только несколько полностью понятных примеров. И некоторые из самых блестящих и значимых теоретических прозрений о том, как нервные системы могут «вычислять», оказались ошибочными.

Прежде всего, как вскоре поняли ученые середины XX века, впервые использовавшие параллель между мозгом и компьютером, мозг не является аналогом цифровых технологий. Даже простейший мозг животного – это не компьютер, подобный какому-либо из уже созданных человеком или тому, что мы пока не можем себе представить. Мозг – не компьютер, но он похож больше на компьютер, чем на часы.

Мозг больше похож на компьютер, чем на часы.

И, размышляя о параллелях между компьютером и мозгом, мы можем получить представление о том, что происходит и в наших головах, и в головах животных.

Изучение представлений о мозге – то, с какой машиной мы его соотносим, – показывает, что, хотя человечество все еще далеко от полного понимания, способов думать о мозге гораздо больше, чем в прошлом, не только из-за обнаруженных нами удивительных фактов, но прежде всего из-за того, как мы их интерпретируем.

Эти изменения имеют большое значение. На протяжении столетий каждый «слой» технологической метафоры добавлял что-то к нашему пониманию, позволяя проводить новые эксперименты и переосмысливать старые открытия. Но, крепко держась за метафоры, мы в итоге ограничиваем собственное мышление. Многие ученые сейчас осознают, что, рассматривая мозг как компьютер, пассивно реагирующий на вводимые данные и обрабатывающий их, мы забываем, что он является активным органом, частью тела, которая вмешивается в мир и имеет эволюционное прошлое, сформировавшее его структуру и функции. Мы упускаем из виду ключевые моменты мозговой деятельности. Другими словами, метафоры формируют наши идеи не всегда полезным образом.

Многообещающая связь технологии и науки о мозге говорит о том, что завтра, с появлением новых и пока еще не предвиденных достижений, наши представления снова изменятся. По мере формирования нового понимания мы будем переосмысливать нынешние убеждения, отбрасывать некоторые ошибочные предположения и разрабатывать иные теории и способы понимания. Когда ученые осознают, что их мышление – включая вопросы, которые они могут задавать, и эксперименты, которые они могут себе представить, – частично обрамлено и ограничено технологическими метафорами, они часто приходят в восторг от перспективы будущего и хотят знать, каким будет Следующее Большое Открытие и как они смогут применить его в своих исследованиях. Если бы я имел хоть малейшее представление об этом, то был бы очень богат.

* * *

Данная книга не является ни историей нейробиологии, ни историей анатомии и физиологии мозга, ни историей изучения сознания, ни историей психологии. Я обращаюсь ко всем перечисленным областям, но мой рассказ несколько отличается – по двум причинам. Во-первых, сосредоточившись на экспериментальных доказательствах, я хочу исследовать богатое разнообразие способов осмысления того, что и как делает мозг. Это немного непохоже на историю академической дисциплины. Вот почему в книге говорится не только о человеческом мозге – мозг других животных, причем не всегда млекопитающих, сыграл существенную роль в изучении того, что же происходит в наших собственных головах.

История понимания мозга содержит повторяющиеся темы и аргументы, некоторые из них до сих пор вызывают интенсивные дискуссии. Один из примеров – вечный спор о том, в какой степени функции локализованы в отдельных областях мозга. Эта идея уходит в прошлое на тысячи лет, и до сегодняшнего дня неоднократно утверждалось, что конкретные участки мозга отвечают за строго определенные навыки, такие как ощущение в руке, способность понимать синтаксис или проявлять самоконтроль. Зачастую подобные гипотезы вскоре бывали уточнены открытием, что другие части мозга могут влиять на эту деятельность или дополнять ее и что рассматриваемая область также участвует в других процессах.

Зачастую идея локализации не отвергалась полностью, но становилась гораздо более размытой, чем первоначально предполагалось. Причина проста. Мозг, в отличие от любой машины, не был сконструирован намеренно, с четким замыслом. Это орган, который эволюционировал более пятисот миллионов лет, поэтому нет никаких оснований ожидать, что он действительно функционирует как механизмы, создаваемые человеком.

Таким образом, несмотря на то что концепция Стенсена – понимание мозга как машины – была невероятно продуктивной, она никогда не даст удовлетворительного и полного объяснения того, как работает мозг.

Взаимодействие технологии и науки о мозге – сквозная мысль данной книги – подчеркивает тот факт, что научное знание встроено в культуру. Следовательно, здесь мы частично затрагиваем вопрос о том, как данные идеи отразились в произведениях Шекспира, Мэри Шелли, Филипа К. Дика и других.

История культуры демонстрирует любопытный факт: метафоры могут работать в обоих направлениях. В XIX веке мозг и нервная система считались телеграфной сетью, а поток сообщений на азбуке Морзе, переданных по телеграфным проводам, описывался в терминах нервной деятельности. Точно так же изобретение компьютера стало очередной аналогией мозга – биологические открытия использовались для обоснования планов Джона фон Неймана[3] по созданию первого цифрового компьютера, а не наоборот.

Вторую причину, почему это не просто история, можно обнаружить на странице содержания. Книга разделена на три части: Прошлое, Настоящее и Будущее. Раздел «Настоящее» описывает развитие наших представлений о мозге на протяжении последних семидесяти лет под эгидой компьютерной метафоры. Вывод данной части заключается в том, что некоторые исследователи чувствуют, как мы приближаемся к тупику в понимании мозга.

Подобное заявление может показаться парадоксальным – мы накапливаем огромное количество данных о структуре и функциях огромного количества мозгов, от самых крошечных до наших собственных. Десятки тысяч исследователей посвящают невообразимое количество времени и энергии размышлениям о том, что делает мозг. А удивительная современная техника позволяет нам описывать мозговую деятельность и манипулировать ей. Каждый день мы слышим о новых открытиях, проливающих свет на работу мозга, наряду с обещанием – или угрозой, – что грядет новая технология, которая позволит совершать нечто невероятное: читать мысли, обнаруживать преступников или даже загружать сознание в компьютер.

Мозг – орган, который эволюционирует более 500 миллионов лет, поэтому не стоит ожидать, что он функционирует как механизмы, создаваемые человеком.

Несмотря на столь многообещающие темпы, у некоторых нейробиологов есть ощущение – судя по публикациям в научных изданиях за последнее десятилетие, – что будущий путь неясен. Трудно понять, что мы должны делать, кроме как просто собирать больше данных или рассчитывать на новейший захватывающий экспериментальный подход. Это не означает, что все настроены пессимистично, – некоторые уверенно утверждают, что применение новых математических методов позволит понять мириады взаимосвязей в человеческом мозге. Другие предпочитают изучать животных, которые совсем на нас не похожи, сосредоточивая внимание на крошечном мозге червя или личинки и используя хорошо зарекомендовавшие себя пути исследования. Они стремятся понять, как работает простая система, а затем применить полученные результаты к более сложным. Многие нейробиологи, если они вообще задумаваются о данной проблеме, просто полагают, что прогресс в любом случае будет постепенным и медленным, потому что нет Никакой Великой Единой Теории Мозга, поджидающей за углом.

Ученые до сих пор не понимают, как образуется наше сознание.

Проблема двоякая. Во-первых, мозг умопомрачительно сложен. Мозг – любой мозг, а не только человеческий, который был центром большей части размышлений, описанных здесь, – является самым сложным объектом в известной нам Вселенной. Астрофизик Мартин Джон Рис заявил, что насекомое сложнее звезды. А для Дарвина мозг муравья, крошечный, но способный порождать такое разнообразное поведение, был «одним из самых удивительных атомов материи в мире, возможно, даже более удивительным, чем мозг человека». Таков масштаб стоящей перед нами задачи.

Отсюда следует второй аспект. Несмотря на шквал данных о мозге, производимых лабораториями по всему миру, наука столкнулась с кризисом идей и сложнейшим вопросом: что делать со всей получаемой информацией и как ее трактовать? Я думаю, это свидетельствует о том, что компьютерная метафора, которая так хорошо служила нам более полувека, возможно, достигла своего предела. Представление о мозге как о телеграфной сети в конечном счете исчерпало себя в XIX веке. Ряд ученых теперь открыто оспаривают эффективность некоторых из наиболее важных технологических метафор мозга и нервной системы, таких как идея о том, что нейронные сети обрабатывают данные из внешнего мира через нейронный код. Судя по всему, научное понимание желает выйти за рамки давно устоявшейся парадигмы.

Может оказаться, что даже в отсутствие новых технологий достижения в области вычислительной техники, в частности связанные с искусственным интеллектом и нейронными сетями – которые частично вдохновлены тем, как работает мозг, – вернутся в наши представления о нем, давая компьютерной метафоре новую жизнь. Возможно. Но, как вы увидите, ведущие исследователи в области глубокого обучения[4] – самой модной и удивительной части современной информатики – радостно признают, что не знают, как их программы выполняют свои задачи. Я не уверен, что вычислительная техника даст нам понимание работы мозга.

Большинство крупных фармацевтических компаний отказались от поиска новых лекарств для лечения депрессии и тревожного расстройства из-за высоких затрат и рисков.

Одним из наиболее трагических признаков нашей исходной неопределенности в отношении мозга является самый настоящий кризис в исследовании психического здоровья.

С 1950-х годов наука и медицина приняли химические подходы к лечению психических заболеваний. Миллиарды долларов были потрачены на создание лекарств, но до сих пор неясно, как работают (и работают ли вообще) многие из широко распространенных препаратов. И фармацевтика пока не может предложить обнадеживающих перспектив.

Большинство крупных фармацевтических компаний отказались от поиска новых лекарств для лечения таких состояний, как депрессия или тревожное расстройство, считая, что и затраты, и риски слишком велики. Ситуация неудивительна: если мы еще не до конца понимаем функционирование мозга даже простейших животных, то вряд ли сможем эффективно реагировать на то, что происходит в голове человека.

Огромное количество энергии и ресурсов тратится на описание мириад связей между нейронами в мозге, создание так называемых коннектомов или, выражаясь более грубо и образно, картирование электрических схем. В настоящее время нет никакой перспективы создания коннектома на клеточном уровне мозга млекопитающих – они слишком сложны, – но карты более низкой четкости уже производятся. Такие усилия необходимы – нам нужно выяснить, как взаимосвязаны части мозга, – но сами по себе они не дадут понимания того, что делает мозг. Не следует также недооценивать, сколько времени это может занять. В настоящее время исследователи разрабатывают функциональный коннектом, который включает в себя все 10 000 клеток мозга личинки. Но я был бы поражен, если бы через пятьдесят лет мы полностью поняли, на что способны эти клетки и их взаимосвязи. С такой точки зрения правильное понимание человеческого мозга, с его десятками миллиардов клеток и невероятной, даже жуткой способностью порождать разум, может показаться недостижимой мечтой. Но наука – единственный способ достижения данной цели, и она в конце концов ее достигнет.

В прошлом было много подобных моментов, когда исследователи мозга не понимали, как действовать дальше. В 1870-х годах, когда сравнение с телеграфом стало менее популярным, в науке о мозге появились сомнения. И многие ученые пришли к выводу, что объяснить природу сознания, вероятно, не удастся никогда. Сто пятьдесят лет спустя мы все еще не понимаем, как возникает сознание, но ученые более уверены, что однажды это станет возможным, даже если предстоят огромные трудности.

Рассматривая, как мыслители прошлого упорно пытались понять функции мозга, мы формируем собственное представление о том, что должны делать сейчас, чтобы достичь той же цели. Нынешнюю неосведомленность следует считать не признаком поражения, а вызовом, способом сосредоточить внимание и ресурсы на том, что необходимо открыть и как разработать программу исследований для поиска ответов. Это тема заключительного, умозрительного раздела, посвященного будущему. Некоторые читатели сочтут его провокационным, но таково мое намерение – спровоцировать размышления о том, что такое мозг, что и как он делает, и, прежде всего, побудить задуматься о том, каким может быть наш следующий шаг даже при отсутствии новых технологических метафор. Это одна из причин, по которой данная книга больше, чем история, и она подчеркивает, почему три самых важных слова в науке – «Мы не знаем».

Манчестер, декабрь 2019 года

Прошлое

История науки довольно сильно отличается от других видов истории, потому что наука в целом прогрессивна – каждая стадия строится на предыдущих открытиях, интегрируя, отвергая или трансформируя их. Безостановочное развитие приводит к ощущению, что мы обладаем все более точным пониманием мира, хотя научное знание никогда не бывает полным и будущие открытия могут развенчать то, что когда-то считалось истиной. Этот основополагающий прогрессивный аспект заставляет многих ученых изображать историю своего предмета как шествие великих людей (и, как правило, мужчин), каждого из которых одобряют, если считают правым, и критикуют – или игнорируют – в противоположном случае. На самом деле история науки – это не череда блестящих теорий и открытий: она полна случайных событий, ошибок и путаницы.

Чтобы правильно понять прошлое, дать полное представление о сегодняшних теориях и концепциях и даже представить себе, что ждет нас в будущем, мы должны помнить, что предшествующие идеи не рассматривались как шаги на пути к нынешней картине мира. Это были полноценные взгляды сами по себе, во всей их сложности и неясности. Каждая идея, какой бы устаревшей она ни казалась, когда-то была современной, захватывающей и новой. Нас могут забавлять странные идеи из прошлого, но снисходительность недопустима. То, что теперь выглядит очевидным, является таким только потому, что предыдущие ошибки, которые обычно трудно обнаружить, в итоге были преодолены с помощью напряженной работы и еще более напряженного мышления.

История науки – это не череда блестящих теорий и открытий, а бесконечное число случайных событий и ошибок.

Мы должны понять не только, где наши предшественники выдвигали ошибочные или, наоборот, кажущиеся теперь невероятными идеи, но и то, почему это происходило. Зачастую двусмысленность, отсутствие ясности в подходе или ряде гипотез на самом деле объясняет причины, по которым они были приняты. Такие неточные теории могут позволить ученым с различными взглядами прийти к общей концепции в ожидании решающих экспериментальных данных.

Мы никогда не должны отвергать прошлые идеи – или людей – как глупые. Когда-нибудь мы сами станем прошлым, и наши идеи, несомненно, покажутся потомкам удивительными и забавными. Мы просто делаем все, что в наших силах, как и наши предшественники. И, как и у предыдущих поколений, выдвигаемые нами идеи находятся под влиянием не только обособленного мира научных данных, но и общего социального и технологического контекста, в котором они развиваются. То, в чем наши теории и интерпретации ошибочны или неадекватны, будет выяснено в ходе будущих экспериментов, и мы все продолжим двигаться дальше. В этом сила науки.

1

Сердце с древнейших времен до XVII века

Научный консенсус состоит в том, что каким-то непонятным для нас образом мысль порождается деятельностью миллиардов клеток самой сложной структуры в изученной Вселенной – человеческом мозге. Как ни удивительно, акцент на мозге, по-видимому, появился относительно недавно. Факты, известные нам из истории, говорят о том, что на протяжении большей части прошлого в качестве основного органа мышления и чувств мы рассматривали сердце, а не мозг. Силу этих старых, донаучных взглядов можно увидеть в повседневном языке – в таких словах и фразах, как «сердце кровью обливается», «разбитое сердце», «от всего сердца» и так далее (подобные примеры можно найти во многих других языках). Устойчивые выражения все еще несут эмоциональный заряд старого мировоззрения, от которого мы якобы отказались, – попробуйте заменить слово «сердце» на «мозг» и посмотрите, что получится.

Самые ранние письменные источники показывают важность данной идеи для древнейших культур. В «Эпосе о Гильгамеше», истории, которой больше 4000 лет, написанной на территории современного Ирака, эмоции и чувства явно жили в сердце. А в индийской «Ригведе», сборнике ведических санскритских гимнов, написанных около 3200 лет назад, сердце является местом зарождения мысли [1]. Камень Шабаки[5], блестящая серая базальтовая плита из Древнего Египта, ныне находящаяся в Британском музее, покрыта иероглифами, рассказывающими древнеегипетский миф возрастом более 3000 лет, сосредоточенный на важной роли сердца в мышлении [2][6]. Ветхий Завет показывает, что примерно в то же время, когда был высечен камень Шабаки, евреи считали сердце источником мысли как у людей, так и у Бога [3].

На протяжении многих веков сердце считалось основным органом мышления и чувств.

Представления о центральной роли сердца существовали также в Америке, где великие империи Центральной Америки – майя (250–900 гг. н. э.) и ацтеки (1400–1500 н. э.) – сосредоточились на сердце как на источнике эмоций и мыслей. Мы также имеем некоторые сведения о верованиях народов Северной и Центральной Америки, не создавших обширных городских культур. В начале XX века американские этнографы работали с коренными жителями, документируя их традиции и верования. Хотя мы не можем быть уверены, что записанные взгляды были типичны для культур, существовавших до прихода европейцев, большинство народов, которые внесли свой вклад в данные исследования, считали, что нечто вроде «души жизни» или эмоционального сознания было связано с сердцем и дыханием. Эта точка зрения была широко распространена от Гренландии до Никарагуа, и ее придерживались народы, живущие в самых разнообразных местах: эскимосы, прибрежные салиши северо-запада Тихого океана и хопи из Аризоны [4].

Подобные взгляды удивительно совпадают с воззрениями швейцарского психоаналитика Карла Юнга, который в начале XX века путешествовал по Нью-Мексико. На крыше одного из белых глинобитных зданий, построенных жителями индейской деревни на высоком плато Таос, Юнг разговаривал со старейшиной Очивай Бьяно из Таос-Пуэбло[7]. Бьяно сказал, что не понимает белых людей и считает их жестокими, беспокойными и тревожными.

– Мы думаем, они сумасшедшие, – сказал старейшина. Заинтригованный Юнг спросил Бьяно, почему он так думает.

– Они говорят, что думают головой, – ответил тот.

– Ну, конечно, а чем вы думаете? – с удивлением поинтересовался Юнг.

– Мы думаем этим, – произнес старейшина, указывая на сердце [5].

Не все культуры разделяют широко распространенную идею о важности сердца. Например, ключевым аспектом мировоззрения аборигенов и жителей островов Торресова пролива в Австралии была (и остается) связь с землей, которая распространяется на представления о разуме и духе. Поиск местозарождения мысли в теле, по-видимому, не является частью их восприятия мира [6].

Точно так же традиционный китайский подход к медицине и анатомии был в основном сосредоточен на взаимодействии ряда сил, а не на локализации функций. Однако когда китайские мыслители пытались определить роль отдельных органов, сердцу отводилась ключевая роль [7]. В «Гуань-цзы», документе, написанном в VII веке до нашей эры, утверждалось, что сердце является главным вместилищем для всех функций тела, включая чувства.

Такие взгляды соответствуют нашему повседневному опыту. Сердце меняет свой ритм вслед за сменой эмоций. А сильные чувства, такие как гнев, похоть или страх, кажется, сосредоточены на одном или нескольких внутренних органах. Эмоции ощущаются во всем теле и преобразуют мысли, как будто переносятся кровью. Вот почему сохранились эти старые выражения о том, что нужно «заглянуть в сердце» и так далее, – они соответствуют тому, как мы воспринимаем важную часть своей внутренней жизни. Так же как и с «очевидностью» факта, что Солнце вращается вокруг Земли, повседневный опыт человеческого существования нашел простое объяснение тому, что мысль рождается в сердце. Люди верили в эту идею, потому что она дарила смысл.

* * *

Несмотря на то что сердце часто рассматривалось как центр внутренней жизни, некоторые культуры все же признавали и функциональную роль мозга, даже если это можно обнаружить в результате его травмы. Например, в Древнем Египте несколько писцов создали медицинский документ, известный как «Папирус Эдвина Смита», или «Хирургический папирус» [8]. Рукопись содержит краткое описание извилин мозга и признание того, что повреждение одной стороны головы может сопровождаться параличом противоположной стороны тела. Но для этих писателей, как и для всех древних египтян, сердце все же оставалось вместилищем души и умственной деятельности.

Древние греки первыми распространили взгляды о главенствующей роли сердца.

Известно, что впервые вызов повсеместно распространенным взглядам о главенствующей роли сердца бросили древние греки. В течение трех с половиной столетий, между 600 и 250 годами до н. э., греческие философы сформировали фундамент современного восприятия множества вещей, включая мозг. Древние греки, как и другие народы, полагали, что сердце есть источник чувств и мыслей. Это можно увидеть в эпических устных поэмах, ныне приписываемых Гомеру, которые были созданы между XII и VIII веками до н. э. Точно так же самые ранние зафиксированные идеи философов были сосредоточены на сердце [9]. В V веке до н. э. философ Алкмеон Кротонский не согласился с общепринятой точкой зрения. Алкмеон жил в Кротоне[8], греческом городе близ Италии, и иногда его представляют как врача и отца неврологии, хотя все, что мы знаем о нем и его работе, известно лишь из пересказов. Ни одно из его сочинений не сохранилось: все, что осталось, – это фрагменты, процитированные более поздними мыслителями.

Алкмеона интересовали органы чувств, и это, естественно, заставило его сосредоточиться на голове, где сгруппированы ключевые из них. По словам последующих авторов, философ показал, что глаза и, следовательно, другие органы чувств соединены с мозгом тем, что он называл каналами. По имеющимся сведениям, Аэций, живший через 300 лет после него, сказал, что для Алкмеона «управляющим средством интеллекта является мозг». Неясно, как именно Алкмеон пришел к такому выводу. Позднее предполагали, что он основывал свои идеи не только на самоанализе и философских размышлениях, но и на непосредственном исследовании, хотя доказательств этому нет. Он мог рассечь глазное яблоко (не обязательно человеческое), наблюдать приготовление головы животного или просто использовать свои пальцы, чтобы выяснить, как глаза, язык и нос соединены с внутренними частями черепа животного [10].

Несмотря на эти прозрения, самые ранние недвусмысленные утверждения о центральной роли мозга были записаны через несколько десятилетий после смерти Алкмеона. Они пришли из медицинской школы на острове Кос, самым известным представителем которой был Гиппократ. Многие из работ, созданных Косской медицинской школой, приписываются Гиппократу, хотя настоящие авторы неизвестны. Один из самых значительных документов – трактат «О священной болезни». Он был создан около 400 года до н. э. для неспециалистов и касался эпилепсии. Почему эпилепсия считалась священной или божественной болезнью, неясно [11]. Автор(ы) пишет(ут):

«Всем должно быть известно, что источником удовольствия, веселья, смеха и радости, как и горя, боли, беспокойства и слез, является не что иное, как мозг. Именно этот орган позволяет нам мыслить, видеть и слышать, различать безобразное и прекрасное, плохое и хорошее, приятное и неприятное. …Именно мозг является вместилищем безумия и бреда, страхов и фобий, которые нападают на нас, часто ночью, но иногда даже днем, именно там лежит причина бессонницы и хождения во сне, мыслей, которые не удается ухватить, позабытых обязанностей и эксцентричных поступков» [12].

Приведенный в трактате аргумент был частично основан на какой-то новаторской, но примитивной анатомии («мозг человека, как и у всех других животных, двойной, и тонкая мембрана разделяет его посередине», – утверждал(и) автор(ы)), но он также выявил большую путаницу. Например, в документе утверждалось, что «когда человек втягивает воздух ртом и ноздрями, дыхание идет сначала к мозгу». Предполагалось, что вены транспортируют воздух по всему телу. Причину эпилепсии объясняли так: гумор или жидкость, называемая мокротой, проникает в вены, препятствуя попаданию воздуха в мозг, и таким образом вызывает припадок.

Некоторые люди очень серьезно относились к последствиям локализации эпилепсии в мозге. Аретей из Каппадокии, греческий врач, живший около 150 года до н. э., лечил ее трепанацией – сверлением отверстий в черепе. Данная процедура значилась в европейских медицинских руководствах вплоть до XVIII века [13]. Аретей не изобретал эту операцию. Самые ранние следы медицинского вмешательства, встречающиеся повсеместно, – отверстия, просверленные или выскобленные в черепах людей, возраст которых порой достигает более 10 000 лет [14]. Хотя заманчиво рассматривать доисторическую трепанацию как раннюю форму психохирургии (часто высказывается предположение, что трепанация проводилась с целью выпустить «злых духов»), глобальное господство представлений о сердце как об органе, порождающем мысли, говорит, что это маловероятно. Существуют более убедительные обоснования для такой опасной операции, включая облегчение болезненного внутричерепного кровотечения или удаление костных фрагментов после травмы головы.

Несмотря на доводы Алкмеона и Косской школы, в отсутствие каких-либо доказательств, что мозг действительно является местом зарождения мыслей и чувств, не было никаких оснований предпочесть данное утверждение очевидному объяснению, что все это происходит в сердце. Так, например, один из самых влиятельных греческих философов, Аристотель, отверг идею о том, что мозг играет какую-либо значительную роль в мышлении или движении. Вот что он писал в трактате «О частях животных»:

«Никаких ощущений причиной он [мозг] не служит, как и сам лишен чувствительности. …Источником ощущений является место около сердца… два чувства явно связаны с сердцем – чувство осязания и чувство вкуса»[9].

Аргумент Аристотеля в пользу сердца основывался на очевидных принципах, таких как связь между движением, теплом и мыслью. Философ отмечал, что сердце явно изменяет свою деятельность, когда человек испытывает эмоции, в отличие от мозга, который, по-видимому, ничего не делает. Мыслитель также говорил, что сердце является источником крови, необходимой для ощущений, в то время как мозг собственной крови не содержит. Более того, у всех крупных животных есть сердце, тогда как, – утверждал он, – только у высших животных есть мозг.

Раньше причиной эпилепсии считалась мокрота, которая проникала в вены и препятствовала попаданию воздуха в мозг и таким образом вызывала припадок.

В качестве заключительного доказательства Аристотель указывал на то, что сердце теплое и находится в движении, оба этих свойства рассматривались как существенные признаки жизни; напротив, мозг неподвижен и холоден [15]. Поскольку не было никаких фактических доказательств связи между мышлением и мозгом, логические аргументы Аристотеля казались столь же обоснованными, как и те, что можно найти в трудах мыслителей Косской школы. Выбора между ними не было. В других частях планеты все шло по-прежнему: для подавляющего большинства людей главным органом оставалось сердце.

* * *

После смерти Аристотеля новое понимание роли мозга пришло из Александрии, расположенной на западном краю дельты Нила, в Египте, управляемом греками. С сетью улиц, подземным водопроводом и многокультурным населением этот город был одним из самых значительных центров греко-римского мира. Среди тех, кто извлекал пользу из цветущей интеллектуальной атмосферы города, были два ведущих грека-анатома того времени – Герофил из Халкидона и Эрасистрат из Кеоса [16]. Оба они работали в Александрии.

Ни одно из сочинений Герофила и Эрасистрата не сохранилось, но последующие авторы утверждали, что они совершили важные открытия, касавшиеся структуры мозга. Причина научных прорывов в Александрии заключалась в том, что в течение короткого периода времени и, по-видимому, впервые в истории там было разрешено вскрытие человеческих тел. Говорят даже, что преступники, приговоренные к смерти, подвергались вивисекции[10] при ужасающих обстоятельствах[11].

Почему именно в Александрии было разрешено вскрытие, а не где-либо еще, неясно, но, как бы то ни было, врачи в городе добились значительных анатомических успехов в вопросах изучения строения и функционирования печени, глаза и кровеносной системы. Они даже описывали сердце как насос. Непосредственное изучение анатомии человека позволило Герофилу и Эрасистрату значительно продвинуться в области познания мозга и нервной системы. Герофил предполжительно описал анатомию двух ключевых составляющих человеческого мозга: коры (двух больших долей мозга) и мозжечка, находящегося под затылочными долями больших полушарий, – его древнегреческий анатом считал местом зарождения разума. Герофил также оставил сведения о спинном мозге и о том, как ветвятся нервы. Говорят, что он различал сенсорные нервы, связанные с органами чувств, и двигательные нервы, управляющие поведением. Герофил также развивал теорию ощущений, полагая, что зрительный нерв имеет внутри полость, через которую движется воздух [17]. Эрасистрат, по-видимому, придерживался другого подхода и, сравнивая человеческий мозг с мозгом оленя и зайца, пришел к выводу, что своим выдающимся интеллектом человек обязан большей усложненности мозговой структуры, о чем свидетельствуют извилины больших полушарий.

Предполагают, что в Александрии впервые в истории было разрешено вскрытие человеческих тел.

Медицинские труды Герофила и Эрасистрата хоть и были удивительно точны, но так и не разрешили вопроса о том, что является местом мысли и чувств: сердце или мозг. Они лишь продемонстрировали, что мозг сложен. Взгляд Аристотеля на сердце оставался чрезвычайно влиятельным, отчасти из-за сильного авторитета философа, но прежде всего потому, что эта гипотеза соответствовала повседневному опыту.

Прошло еще 400 лет, прежде чем были получены решающие доказательства главенствующей роли мозга благодаря работе одного из самых выдающихся мыслителей в истории западной цивилизации – Галена. Римлянин Гален родился в 129 году н. э. в богатой семье в городе Пергам, на территории современной западной Турции [18]. Хотя сегодня он известен главным образом как писатель по медицинским вопросам – его идеи формировали западную медицину и культуру в течение 1500 лет, – на самом деле Гален был одним из крупнейших древнеримских мыслителей, создавшим огромное количество философских трактатов и написавшим много томов поэзии и прозы [19].

Гален путешествовал по всему восточному Средиземноморью и учился в разных местах, включая Александрию, но важнейшие годы жизни провел в Риме. Он прибыл туда в 162 году н. э., в возрасте тридцати двух лет, после четырехлетней службы в качестве врача гладиаторов в Пергаме. Излечивая бойцов, Гален успел многое узнать о человеческом теле. Вскоре он стал модным римским врачом, посещал некоторых влиятельных лиц города, включая императора Марка Аврелия, и приобрел репутацию блестящего анатома, который имел вкус к полемическим спорам. Для демонстрации своих открытий Гален использовал лекции-комментарии, на которых он одновременно давал анатомические сведения и показывал все на животном. Слушатели на таких лекциях становились свидетелями-очевидцами выступления Галена и тем самым подтверждали правоту его заявлений – непосредственный опыт в процессе достижения понимания, по мнению мыслителя, крайне важен. (Ниже представлено довольно мрачное объяснение того, как Гален пришел к некоторым из своих выводов. Если вы брезгливы, то можете пропустить следующие три абзаца.)

Гален советовал не использовать обезьян в анатомических экспериментах, так как в процессе выражение их морд было очень отпугивающим.

Одним из ключевых вопросов, интересовавших врача, была роль мозга и локализация мысли и души – ученый уверенно полагал, что мозг имеет важнейшее значение для поведения и мышления и что это можно доказать экспериментами на животных. Соответственно никакой анестезии в то время не было. Гален не был равнодушен к тем ужасам, которые сам же и учинял, – он советовал не использовать обезьян, так как выражение их морды во время эксперимента было слишком страшным. Хотя ученый не соглашался с теми, кто утверждал, что животным недостает части души, связанной с гневом и желанием, он ничего не говорил о боли – боль не встречается в описаниях его работ [20].

Пожалуй, самый решительный эксперимент Галена был посвящен изучению роли нервов в порождении звуков. Опыт проводился на свинье, потому что «животное, которое визжит громче всех, наиболее удобно для экспериментов, в которых голосу причиняется вред» [21]. Гален разрезал плоть бедной свиньи, привязанной спиной к столу и с крепко замотанной мордой, и обнажил возвратные гортанные нервы, идущие вдоль шеи, по обе стороны от сонной артерии. Если он туго обвязывал нервы ниткой, приглушенный визг животного прекращался; если ослаблял ее, звук возвращался. Хотя визг явно производился гортанью, что-то, казалось, двигалось от мозга по нервам вниз.

Это понимание подкрепило одно из наиболее зрелищных выступлений Галена, во время которого он обосновал важность мозга, непосредственно бросив вызов оппонентам и последствиям их взглядов о центральной роли сердца. Вскрыв живое подопытное животное, Гален заставил своего противника сжать сердце зверя и не давать ему биться. Даже когда сердце остановилось, бедное создание продолжало приглушенно скулить, демонстрируя, что движение сердца не обязательно для того, чтобы животное издавало звуки. Но когда Гален вскрыл череп и заставил своего соперника надавить на мозг, животное немедленно перестало шуметь и потеряло сознание. Ослабив давление, Гален доложил: «Животное приходит в сознание и снова может двигаться». Это, должно быть, очень удивило зрителей. Как выразилась историк Мод Глисон, «анатомические выступления Галена все меньше и меньше напоминали интеллектуальные споры и больше – магическое шоу» [22].

На основании полученных данных – подтвержденных многочисленными анатомическими описаниями и хирургическими вмешательствами, в том числе и на пациентах, – Гален убедился, что мозг – это центр мысли. Он утверждал, что мозг вырабатывает особый вид воздуха, или пневмы, который просачивается наружу, если мозг поврежден, и вызывает обморок. Когда накапливается достаточное количество этого воздуха, сознание возвращается. По словам Галена, движение тела является следствием движения воздуха, производимого мозгом и двигающегося по полым нервам. Его анатомические исследования – в основном на животных, а не на людях – показали, что все нервы берут начало в мозге, а не в сердце, как утверждал Аристотель.

Несмотря на доказательства, представленные Галеном, авторитет таких мыслителей, как Аристотель, и сила повседневного опыта не позволили взглядам о центральной роли мозга вытеснить старые идеи даже в Риме. Гален оставил огромный объем работ – около 400 трактатов, из которых сохранилось более 170, охватывающих весь спектр медицины и естественных наук. Но падение Римской империи привело к разрушению интеллектуальной среды, в которой могли бы осуществиться дальнейшие открытия. Просто раздумья о том, откуда происходит мысль, никогда не решат проблему. Как видно из работ Галена, это потребует анатомического и экспериментального исследования, которое, в свою очередь, возможно только при условии интеллектуальной открытости и учета уже достигнутых успехов и неудач в масштабном круговороте идей. Подобных условий не создадут еще несколько столетий.

* * *

Значительная часть культурного наследия Рима и Греции была сохранена в библиотеках Восточной Римской империи с центром в Византии (современный Стамбул). Начиная с VII века появление различных халифатов, связанных с подъемом ислама, привело к созданию культуры, которая распространилась во Францию на западе, в Болгарию на севере и в Туркменистан и Афганистан на востоке. Исламское общество высоко ценило знания и технические навыки, и для удовлетворения аппетитов новых господствующих классов и правящих групп строились мосты и каналы, составлялись гороскопы, изготавливались бумага и стекло. Все это требовало повторного открытия старой мудрости или развития новых идей [23].

Сначала грянула волна переводов греческих и римских текстов, которые можно было найти в персидских или византийских библиотеках, – эти усилия были сосредоточены в Багдаде и спонсировались халифами и богатыми купцами. Идеи, содержащиеся в переведенных документах, были вскоре расширены, поскольку восточные мыслители разработали совершенно новые области знаний, такие как алгебра, астрономия, оптика и химия. Но медицина и анатомия оставались прочно укорененными в греческих и римских воззрениях и привязанными к переводимым текстам. В частности, рассуждения о роли сердца и мозга, существовавшие со времен Аристотеля и Гиппократа, передавались из поколения в поколение более или менее в неизменном виде.

Одним из ведущих врачей и философов этого периода был Абу Али Хусейн ибн Абдуллах ибн аль-Хасан ибн Али ибн Сина, известный на Западе как Авиценна. Родившийся в 980 году в небольшом селении Афшана (сейчас относится к Бухарской области в Узбекистане), Авиценна жил на территории современного Ирана и написал сотни книг. Его творчество сочетало греческое и арабское мышление наряду с методами лечения и диагностики из таких далеких мест, как Индия. Труды Авиценны, переведенные на латынь в XII веке, оказывали глубокое влияние на западную медицину в течение 500 лет. Авиценна согласился с утверждением Галена, что нервы происходят из головного или спинного мозга, но настаивал, подобно Аристотелю, что первоисточником всех движений и ощущений тем не менее является сердце [24]. Эта точка зрения также согласуется с Кораном, который часто ссылается на сердце как на источник понимания и, как и Библия, вообще не содержит никакого упоминания о мозге.

Другой путь, по которому идеи Галена передавались в рассматриваемый период, был связан с работой врача X века Али ибн аль-Аббас аль-Маджуси, известного на Западе как Али Аббас. Историк описал его как «перса, взявшего арабское имя и писавшего на языке Корана, зороастрийца, воспитанного греческими традициями, мыслителя из исламского мира, принятого западной латинской общиной менее чем через столетие после его смерти». Дабы подчеркнуть космополитическую «смесь» этого периода, добавлю, что работу Али Аббаса впоследствии перевел на латынь в Италии христианский монах, который был беженцем-мусульманином из Северной Африки [25].

Теория локализации желудочков, проиллюстрированная Грегором Райшем в 1504 году. Восприятие и воображение расположены спереди, мышление – в центре, а память – сзади

Среди трудов Галена, переведенных Али Аббасом, были работы, касавшиеся структуры и роли мозга: «Мозг является главным органом психических членов. Ибо в мозгу заключены память, разум и интеллект, а из мозга распределяются сила, ощущение и произвольное движение» [26].

Али Аббас также выдвинул идею, не встречавшуюся у Галена, – он утверждал, что три полости или желудочки мозга полны «животных духов»[12], которые были созданы в сердце и перенесены в кровь. Каждый из желудочков, по его словам, имеет свою психологическую функцию: «Животный дух в передних желудочках создает ощущение и воображение, животный дух в среднем желудочке становится интеллектом или разумом, а животный дух, передаваемый в задний желудочек, производит движение и память».

Несмотря на отсутствие доказательств, данная идея активно распространялась по всей Европе и Ближнему Востоку на протяжении более тысячи лет [27]. Впервые она появилась в IV веке в трудах епископа Немесия Эмесского[13] из Сирии, а несколько десятилетий спустя была кратко упомянута Аврелием Августином[14]. Таким образом, идея получила религиозное одобрение, что помогло сохранить ее популярность [28]. На протяжении более 1200 лет предположение о желудочковой локализации сохраняло свои позиции и воспринималось как само собой разумеющееся сведение. Между IV и XVI веками были выдвинуты по меньшей мере двадцать четыре различные версии этой концепции [29]. Среди тех, кто безоговорочно принял ее, были некоторые из величайших мыслителей Европы и арабского мира, включая Леонардо да Винчи, Роджера Бэкона, Фому Аквинского, Ибн Рушда (Аверроэс) и Авиценну.

* * *

К началу XIII века латинские переводы сочинений Авиценны (в том числе его непростая теория желудочковой локализации и происхождения всех мыслей и эмоций из сердца) доминировали в новых университетах Европы. Хотя Салернская врачебная школа[15] распространяла версию Али Абасса, основанную на идеях Галена о центральной роли мозга, в конце концов одобрили все же идеи Авиценны, потому что они основывались на философии Аристотеля. Представления Аристотеля главенствовали в европейском мышлении отчасти благодаря трудам доминиканского монаха Фомы Аквинского, который на протяжении столетий являлся ключевой фигурой западной интеллектуальной жизни. Фома Аквинский стремился синтезировать идеи Аристотеля с христианством, сплавляя религиозную догму с противоречивыми воззрениями древних язычников. Области научного понимания, которые должны были находиться в центре эмпирических исследований (к примеру, анатомия), оказались окутаны туманом религиозности, причем теологи играли решающую роль в передаче знаний и определении границ приемлемого.

Читатели новых переводных текстов хорошо знали разницу между позицией Авиценны и Аристотеля, отводящих центральную роль сердцу, и ориентированными на мозг концепциями Салернской школы и Галена, а также были знакомы с различными попытками мыслителей найти в этом вопросе золотую середину. В XIII веке, например, Альберт Великий[16] пытался добиться невозможного, доказывая, что Гален был неправ и что все нервы действительно происходят из сердца, как сказал Аристотель [30]. Современный ответ на столь противоречивые утверждения состоял бы в прямых наблюдениях. Решение в Средние века было схоластическим и теоретическим: мыслители стремились примирить противоположные взгляды своих почитаемых предшественников путем тщательного текстологического анализа, а не экспериментов.

Но в начале XIV века власть средневековой схоластики над анатомическим знанием несколько ослабла в Болонской медицинской школе, где Мондино де Луцци был профессором медицины и анатомии. Мондино создал рукопись под названием Anatomia Mundini («Анатомия Мондино»), в основу которой лег его опыт вскрытия человеческого тела – первый подобный отчет со времен Эрасистрата и Герофила, работавших в Александрии более 1500 лет назад.

Изменения моральных и социальных норм начала XIV века, позволившие Мондино проводить вскрытия, не вполне ясны. Трупы, которые он препарировал, по-видимому, принадлежали преступникам. Инструкции по вскрытию начинаются так: «Труп человека, убитого путем обезглавливания или повешения, помещают в лежачее положение» [31]. Стоит сказать, что были и прецеденты: в XII веке в Салерно проводились вскрытия животных, а в Болонье в предыдущие десятилетия имели место посмертные исследования, позволявшие установить причину смерти. Таким образом, включение Anatomia Mundini в подготовку врачей, возможно, в большей степени воспринималось как очевидное развитие, а не как смелое новшество [32]. Это привело к разрыву с религиозным учением – препарирование не было запрещено ни христианской, ни исламской теологией. Некоторые арабские тексты IX и XII веков порицают расчленение. Но в целом кажется, что ученые, которые открыли и перевели труды Галена и Аристотеля, были удовлетворены содержащимися в этих работах знаниями и не стремились сравнивать взгляды древних предшественников с собственными наблюдениями [33.] Теперь все начало меняться. И в отличие от короткого периода в Александрии более 1500 лет назад, отношение к вскрытию поменялось окончательно, по крайней мере в Западной Европе.

В XII веке в Салерно проводились вскрытия животных, а в Болонье исследовали трупы для установления причины смерти.

Решающим стал не сам факт, что Мондино заглянул внутрь мертвого тела, а то, что этим он показал важность самостоятельного изучения. Представления о человеческом теле можно проверить, а знания можно получить независимо, не копируя слепо древние трактаты, – данная мысль в конечном счете окажется революционной. Однако, хотя метод Мондино и был радикальным, его наблюдения таковыми не являлись – ученый просто повторил взгляды Галена относительно анатомических структур и добавил аристотелевскую интерпретацию их функции, согласно которой сердце было источником движения, включая голос [34].

«Анатомия Мондино» показала, что препарирование – это потенциальный инструмент для понимания человеческого тела, но работа самого ученого существенно на науку не повлияла. В мире до изобретения печати мысли распространялись медленно. Текстуальные свидетельства древних считались решающими – начиная с Библии и заканчивая текстами, которые Фома Аквинский и другие церковные лидеры включили в свою теологию. Вера, а не факт все еще оставалась сущностью знания и формировала основу европейской интеллектуальной жизни.

* * *

Начиная с XV века темпы культурных и технологических изменений в Европе внезапно ускорились. Этот период традиционно называют Ренессансом и первой научной революцией. Историки до сих пор спорят о том, что могло вызвать эти изменения и произошли ли они вообще. Европейское изобретение книгопечатания (через несколько сотен лет после китайского изобретения подвижного шрифта) изменило распределение знаний[17]. Переводы Библии на национальные языки и развитие протестантизма поощряли идею о том, что знание о мире доступно непосредственно отдельным людям, а не обязательно закреплено за неким авторитетом. Революции в Нидерландах и Англии свергли старую аристократическую власть, освободив политическое, социальное и экономическое пространство для новых классов с более радикальными взглядами на мир. Между тем открытие Америки европейцами и появление новых болезней, таких как сифилис, подорвали веру в древние тексты, которые были малополезны в попытках понять бурную смену событий. Наконец, изобретение телескопа и микроскопа открыло невообразимые до сих пор миры, в то время как технологические разработки, наподобие поршневого насоса и часового механизма, подарили человеку новые убедительные метафоры, которые, казалось, объясняли все: от движения звезд до человеческого тела.

В 1543 году были опубликованы две книги, в совершенно разных масштабах изменившие наш взгляд на Вселенную и ее обитателей. В первой книге – работе Николая Коперника «О вращении небесных сфер» (De Revolutionibus Orbium Coelestium) – излагалась математическая модель, согласно которой Земля вращается вокруг Солнца. Для расчетов ученый использовал теоремы, разработанные арабскими астрономами более двух веков назад. Второй книгой был научный труд Андреаса Везалия «О строении человеческого тела» (De Humani Corporis Fabrica). Семитомная и семисотстраничная работа объединила знания и эстетику, представив читателям самое точное из существовавших на тот момент описание анатомии человека. Везалий в полной мере использовал мощь книгопечатания, обогатив текст более чем 200 поразительными иллюстрациями в технике ксилографии[18], основанными на вскрытии человеческих тел. Везалий, профессор медицины в Падуе, создал поистине революционную работу. И она стала таковой не только из-за знаний, которые в ней содержались, но и из-за того, как эти знания были получены и представлены читателю.

«Анатомия Мондино» показала, что препарирование – это потенциальный инструмент для понимания человеческого тела.

В предыдущие десятилетия другие авторы, такие как Якопо Беренгарио да Карпи, опубликовали иллюстрированные описания анатомии человека на основе вскрытий, но пособие не отличалось ни особым графическим мастерством, ни анатомически точным изображеним деталей [35]. Были даже прецеденты вскрытия мозга: в 1517 году немецкий военный хирург Ганс фон Герсдорф подготовил лист с шестью небольшими рисунками коры головного мозга на разных стадиях рассечения. А в 1538 году Иоганн Дрюандер из Марбурга опубликовал одиннадцать гравюр, изображающих вскрытие мозга, правда, в относительно упрощенном виде [36]. Шедевр Везалия 1543 года был совершенно иного качества. Ничего подобного никто раньше не видел.

Каждая из книг в трактате «О строении человеческого тела» была посвящена различным системам организма (костям, мышцам, внутренним органам и так далее). Последняя книга объемом в шестьдесят страниц рассказывала о мозге и содержала одиннадцать рисунков открытого черепа. По-видимому, «натурой» для изображений послужили головы по меньшей мере шести человек [37]. Хотя гравюры мозга кажутся невероятно натуралистичными и точными, как и остальная часть работы, они очень избирательны и представляют лишь то, что можно увидеть невооруженным глазом [38]. Тем не менее трактат ознаменовал собой огромный прорыв в анатомическом знании. Например, Везалий сообщал, что не может наблюдать rete mirabile – сеть кровеносных сосудов, которая, как утверждал Гален, позволяла «животным духам» проникать в мозг. Везалий дерзко – и точно – пришел к выводу, что Гален ошибался и данной структуры в человеческом организме нет [39]. Студенты, утверждал он, должны присутствовать на вскрытии, внимательно смотреть «и в будущем меньше верить в книги по анатомии» [40]. Свое опровержение идеи Галена Везалий превратил в призыв к новому способу изучения тела.

Везалий также бился над разгадкой того, что все это может означать, как на самом деле функционирует человеческий организм, и в особенности мозг. В тот же момент скальпель, по понятным причинам, подвел ученого. Тщательное вскрытие человеческого тела могло выявить структуры, но, кроме тривиальных случаев (кости, сухожилия и нервы), не давало никакого реального понимания функций. Трудности интерпретации были особенно велики, когда дело доходило до поиска истоков поведения людей и наших различий с животными. Проблема, объяснял Везалий, заключалась в том, что при анализе образцов не обнаружилось «никакой разницы между структурой мозга животных и человеческим мозгом в тех частях, которые [он] препарировал у овцы, козы, коровы, кошки, обезьяны, собаки и птицы» [41].

Вскрытие человеческого мозга Везалием

Хотя Везалий отметил, что мозг человека пропорционально был намного больше, чем у других животных, ученый не смог найти качественного различия между строением мозга человека и других позвоночных. Что бы ни вызывало очевидные поведенческие и психологические различия между человеком и животными – Везалий этого не увидел. Хотя его вскрытия не могли дать объяснения того, как работает мозг, они позволили предположить, что доминирующая желудочковая теория может быть ошибочной – желудочки, казалось, были «не более чем полостями или проходами». Не имея лучшего объяснения принципов работы мозга, Везалий заключил, что «ничего не следует говорить о расположении в мозгу аспектов высшего духа», и набросился на теологов, которые осмелились локализовать их. Он описывал подобные идеи как «ложь и чудовищную фальшь». Мозг – крепкий орешек.

Все исследования Везалия основывались на мысли, что именно мозг, а не сердце является источником мысли и движения.

Везалий считал, что именно мозг, а не сердце является источником мысли и движения.

Доказательства этого предположения на самом деле были довольно скудными – единственное экспериментальное подтверждение получил Гален более 1200 лет назад. Спустя три десятилетия после смерти Везалия Андре дю Лоренс, профессор Университета Монпелье и врач Генриха IV, французского короля, не мог сделать ничего, кроме как утвердить свою веру в роль мозга:

«Следовательно, я утверждаю, что главное вместилище души находится в мозге, потому что там живут самые добрые силы и наиболее ясно проявляются самые достойные действия. Все инструменты движения, чувства, воображения, речи и памяти находятся в мозге или непосредственно зависят от него»[19] [42].

Что же касается роли желудочков, то дю Лоренс осторожно обошел данный вопрос, просто заявив, что он «не вполне решен».

Все эти робкие шаги к пониманию роли мозга в порождении мысли показывают, что не было ни одного «мозгоцентрического момента», когда мыслители осознали, что мозг, а не сердце является ключевым органом. Очевидная сложность мозга по сравнению с сердцем ясно указывала, где могут располагаться мысли и эмоции. Но из-за влиятельности традиции и силы повседневного опыта некоторые из величайших мыслителей XVI и XVII веков придерживались противоречивых взглядов. Замешательство, которое чувствовали многие, было прекрасно подытожено Шекспиром в одной из песен из третьего акта «Венецианского купца»:

Скажи мне, где любви начало?

Ум, сердце ль жизнь ей даровало?[20]

2

Силы. XVII–XVIII века

В течение XVII столетия европейские мыслители все больше убеждались в том, что ответ на вопрос Шекспира определенно находился «в голове», а точнее, в мозге. Изменение отношения шло медленно и сложно – не было ни одного эксперимента или вскрытия, которые разрешили бы вопрос в пользу мозга. Вместо этого постепенно накапливались знания и концепции, и все они отводили мозгу определенную роль, хотя старые и новые идеи продолжали сосуществовать. Например, в 1620-х годах Уильям Гарвей показал, что «сердце – это просто мышца», как несколько десятилетий спустя выразился датский анатом Нильс Стенсен [1]. Хотя Гарвей признавал сложность мозга, называя его «органом ощущений» и «богатейшим членом тела», он также чувствовал, что Аристотель был прав и что кровь несет в себе некий таинственный дух, порождаемый сердцем. Неопределенность взглядов Гарвея свидетельствует об отсутствии решающих доказательств в то время.

Философ решил не публиковать свои идеи, после того как католическая церковь в 1633 году осудила Галилея[21].

Достоянием общественности работы Декарта стали посмертно – в 1662 году [2]. Как и многие другие мыслители, Декарт отверг предположение, что сердце было вместилищем страстей, как «не стоящее серьезного рассмотрения» [3]. Его взгляд на мозг был гораздо более современным. Согласно Декарту, тела животных функционируют так, как будто они являются машинами.

В 1620-х годах Уильям Гарвей показал, что «сердце – это просто мышца».

Он даже рассматривал животных как bêtes machines («животные машины» или еще драматичнее – «машины-звери») – и отводил главную роль мозгу [4]. Люди отличаются от других животных прежде всего тем, что обладают душой и пользуются языком. А основное анатомическое различие между мозгом человека и обезьяны, скажем, связано с шишковидной железой, структурой размером с горошину в основании мозга.

Декарт утверждал, что шишковидная железа есть только у человека и что она порождает «животные духи» из крови, которая поступает к ней через сердце, тем самым обеспечивая взаимодействие между разумом и телом. Это было место, где, согласно Декарту, взаимодействовали две фундаментальные части Вселенной: res extensa (вещь материальная, материя) и res cogitans (вещь мыслящая, разум или дух).

Этот акцент на шишковидной железе был основан на смеси утверждений и сомнительных анатомических свидетельств. Декарт полагал, что нервы, проецирующие сигналы вверх, в кору головного мозга, позволяют шишковидной железе раскачиваться и таким образом реагировать на восприятие различных объектов, двигаясь «настолько различными способами, сколько существует воспринимаемых различий в объектах» [5]. Таких нервов не существует, и, как только в 1660-х годах стало известно об ошибке, анатомы без труда показали, что эта якобы уникальная человеческая структура встречается у всех позвоночных.

Одной из идей Декарта, ставшей общепринятой на длительное время, было объяснение того, как «животные духи» движутся по нервам.

Люди отличаются от животных прежде всего тем, что обладают душой и используют речь.

Как и многие другие, философ полагал, что они текучи и двигаются быстро. Но в отличие от предыдущих мыслителей Декарт нашел объяснение тому, как «животные духи» могли вызывать разное поведение: он обнаружил сходные процессы в действии гидравлических автоматов, модных во французских королевских садах в то время. Эти движущиеся статуи зловеще появлялись из растительности, играли на инструментах или даже говорили, когда вода и воздух проходили через их металлические тела. Декарт провел явную параллель между такими автоматами и поведением людей и животных:

«Действительно, можно сравнить нервы машины, которую я описываю, с трубами этих фонтанов, мышцы и сухожилия – с различными устройствами и пружинами, приводящими их в движение, животный дух – с водой, которая заставляет их двигаться, сердце – с источником воды, а полости мозга – с резервуарами для хранения» [6].

Взгляд Декарта на то, как происходит движение

Декарт использовал эту модель для описания происхождения простых форм поведения – того, что мы назвали бы рефлексами[22] [7]. Он изобразил фигуру, похожую на гигантского ребенка, убирающего ногу от огня, потому что духи переместились от ступни по нерву вверх, в мозг, а затем снова вниз, к мышцам ноги. Это был решительный шаг вперед по сравнению с предыдущими, довольно туманными объяснениями поведения человека и функций нервов. На протяжении тысячелетий мыслители предполагали, что «духи» движутся подобно жидкости или ветру – быстрота и неосязаемость этих форм движения делали их привлекательными аналогиями.

Организация гидравлической энергии в автоматах была гораздо более убедительной метафорой, но, несмотря на ее важность, все еще существовали широко распространенные разногласия относительно того, из чего состоят «духи» в нервах, и сбивающие с толку идеи Галена о нервном воздухе, или пневме, не очень помогли[23]. Стенсен указывает на данную проблему в 1665 году:

«Может быть, это особая субстанция, отделенная от… желез? Не могут ли серозные вещества быть их источником? Некоторые сравнивают их с винным спиртом и подозревают, что на самом деле они состоят из вещества, подобного свету. Короче говоря, стандартные вскрытия не могут прояснить ни одной из упомянутых трудностей, связанных с животными духами» [8].

Уверенный отказ Стенсена от всех существующих описаний функционирования нервов был частично основан на работе с использованием новейшей технологии – микроскопа. Его друг, голландский микроскопист Ян Сваммердам, и итальянский анатом Марчелло Мальпиги изучали содержимое нервов и согласились, что в них нет ни жидкости, ни воздуха. Сваммердам считал такие идеи бесполезными и абсурдными [9].

Экспериментальные доказательства, опровергающие «гидравлическую» гипотезу Декарта, появились, когда Сваммердам показал, что, если он погладит ножницами наружную сторону рассеченного нерва лягушки, прикрепленная мышца сократится. Этот результат, как утверждал ученый, «применим ко всем движениям мышц у людей и животных». Что бы ни происходило в нервах при ответной реакции, это было совсем не похоже на движущуюся воду в гидравлических автоматах Декарта. То же самое наблюдалось, даже если конец нерва перереза́ли, тем самым позволяя любому жидкому или газообразному «духу» вырваться. Сваммердам писал: «Чтобы побудить мышцу к действию, достаточно лишь простого и естественного движения или раздражения нерва, независимо от того, где он берет начало: в головном, костном мозге или где-либо еще».

Хотя Сваммердам был убежден, что истинное объяснение функционирования нервов «погребено в непроницаемой тьме», он был открыт к размышлениям, построенным вокруг новой метафоры:

«Экспериментально нельзя доказать, что какая-либо материя разумного или понятного объема течет по нервам к мышцам. И ничто другое не проходит от нервов к мышцам: все это суть очень стремительное движение, настолько быстрое, что правильнее назвать его мгновенным. Поэтому дух, как его именуют, или ту тонкую материю, что в один миг пролетает по нервам в мышцы, можно по праву сравнить с молниеносным движением, которое, когда по одному концу длинной балки или доски ударяют пальцем, бежит с такой скоростью по дереву, что почти тотчас же воспринимается на другом конце».

Эксперимент Сваммердама, показывающий, что прикосновение к нерву лягушки (с) металлическими ножницами заставляет мышцу (а) сокращаться, переводя булавки (b) в определенное положение (d)

Вместо этого, казалось, было задействовано какое-то неосязаемое движение – раздражение нерва вызывало практически мгновенную мышечную реакцию, подобную вибрации. Сваммердам нащупывал подходящие метафоры, но главное, что он обнаружил ошибочность предыдущих объяснений и выяснил, что можно производить движение искусственно, путем физической стимуляции нерва.

* * *

Одновременно с изучением функционирования нервов проводились новые исследования мозга, поскольку анатомы откликнулись на идеи Декарта. Вероятно, наиболее значительный вклад внес Томас Уиллис[24], известный врач из Оксфорда. Его любящий посплетничать современник Джон Обри обрисовал Уиллиса в двух словах: «Среднего роста, похож на рыжую свинью, сильно заикается» [10]. Под влиянием Роберта Бойля, интеллектуального лидера недавно основанного Лондонского королевского общества[25], в начале 1660-х годов Уиллис начал набрасывать материалистические объяснения проблем психического здоровья, которые, по его мнению, берут начало в мозге [11].

В 1664 году Уиллис опубликовал книгу на латыни с описанием анатомии мозга, которую прекрасно проиллюстрировал его друг Кристофер Рен[26]. В течение следующих двух десятилетий книга выдержала восемь изданий и была опубликована в Амстердаме, Женеве, а также в Лондоне. Английский перевод 1684 года оказался неудобопонятным, во-первых, из-за архаичного языка, а во-вторых, в силу латыни Уиллиса, которая, по мнению требовательного специалиста по истории сравнительной анатомии Ф. Дж. Коула, была «элегантной, но запутанной». Коул полагает, что Уиллис не обладал даром «выражаться четко и ясно» и был склонен к «тонкостям спекулятивного диспута» [12]. Откровенно говоря, Уиллис и сам не вполне понимал, что именно он думает.

Уиллис описал результаты масштабной программы вскрытия, которая намного превзошла декартовскую. Помимо человеческого мозга, его исследования включали «гекатомбы»[27] животных: лошадей, овец, телят, коз, свиней, кошек, лис, зайцев, гусей, индеек, рыб и обезьян [13].

В результате многочисленных вскрытий и использования чернил, вводимых в кровеносные сосуды для выявления связи между областями мозга, Уиллис сделал вывод, что именно вещество самого мозга дает возможность мыслить, а не желудочки, которые являются просто «пустотой, возникающей в результате смыкания его внешней границы» [14]. Как и предполагал Везалий, они были не более чем заполненными жидкостью пространствами.

Для Уиллиса структурная сложность материи мозга, которую он беспомощно описывал как извилистый или причудливо изогнутый кривошипный механизм, отражала его функциональную организацию. Память можно было найти в извилинах коры головного мозга, утверждал он, а мозжечок отвечал за непроизвольные действия, такие как сердцебиение, и встречался у большинства позвоночных.

Уиллис пришел к таким выводам главным образом на основе обширной сравнительной анатомии и наблюдаемых связей между областями мозга и различными частями тела. У людей поверхность мозга очень сложна, с множеством извилин, в то время как у кошек она проще, а у рыб и птиц – тем более.

Уиллис соотнес обнаруженные особенности с различными умственными способностями: «У человека этих складок и извилин гораздо больше, чем у любого другого живого существа; они нужны человеку для различных и разнообразных проявлений высших пособностей».

Уиллис утверждал, что в случае зрительного восприятия «чувственное впечатление»[28], созданное в глазу, будет перенесено «волновым движением или колебанием воды» в головной мозг, где «возникнет» восприятие. Память об образе будет локализована во внешних слоях или коре головного мозга, а воображение по неопределенным причинам – в мозолистом теле[29]. «Животные духи», согласно Уиллису, рождались в коре головного мозга, которая превращала в дух что-то в крови. Он полагал, что кровь и сердце являются источниками основных признаков жизни, как это утверждали мыслители на протяжении тысячелетий. Что касается того, как «духи» формируют поведение, ученый выражался туманно. Они «вступают в другие движения и различные способы эманаций[30]», писал Уиллис, и «разворачиваются», «рассеиваются», «идут вперед», а в итоге «производят акты Воображения, Памяти, Аппетита и другие высшие способности Души».

Известный врач Уиллис полагал, что кровь и сердце являются источниками основных признаков жизни.

Несмотря на анатомическую точность Уиллиса, его представления о том, как работает мозг, были чистыми домыслами. Спустя несколько месяцев после выхода книги Уиллиса Нильс Стенсен посетил Париж, прибыв по приглашению своего покровителя – богатого, влиятельного французского библиофила и бывшего шпиона Мельхиседека Тевено [15]. В начале 1665 года блестящий, но напряженный 27-летний датчанин читал лекцию о мозге в загородном доме Тевено в Исси-ле-Мулино, к югу от Парижа. Он обратился к небольшому кругу друзей-интеллектуалов, часть из которых впоследствии основала Французскую академию наук, и откровенно описывал современное невежество в отношении мозга: «Вместо обещаний удовлетворить ваше любопытство касаемо анатомии мозга я здесь искренне и публично признаюсь, что совершенно не разбираюсь в этом вопросе» [16].

Для Стенсена, как и для Уиллиса, организация мозга должна была отражать его функции, и все же, как подчеркивал датский анатом, эта организация оставалась непостижимой. Стенсен не только отрицал теорию локализации желудочков, но и с презрением относился к беспричинному отождествлению различных участков мозга с определенными видами деятельности, что было характерно для Уиллиса. В отношении мозолистого тела, которое, как утверждал Уиллис, порождало воображение, Стенсен отметил, что об этой структуре известно так мало, что о ней каждый может «говорить все что заблагорассудится» [17]. Как неоднократно подчеркивал Стенсен, большая часть написанного о мозге характеризовалась «очень расплывчатыми терминами, метафорами и неуместными сравнениями».

В отличие от Декарта Стенсена не интересовала локализация души, кроме признания того факта, что мозг «безусловно является главным органом души и инструментом, с помощью которого она выполняет замечательные задачи». Стенсен был глубоко религиозным человеком – он скоро обратится в католичество, откажется от науки и станет епископом, – но его исследования свидетельствовали о расположении души в мозге, поэтому он не строил догадок.

Стенсен утверждал, что мыслители должны сначала точно охарактеризовать составляющие мозга – описание должно включать точные рисунки и сравнительные исследования мозга животных, в том числе на разных стадиях развития. Затем он выдвинул смелое (и весьма драматичное) предложение не только о том, как следует думать о мозге, но и о том, как его исследовать:

«Поскольку мозг действительно является машиной, мы не должны надеяться обнаружить его хитрость устройства иными способами, кроме тех, что используются для обнаружения разгадки механизма других машин. Таким образом, остается сделать то, что мы сделали бы для любой машины: разобрать ее на части и посмотреть, что они могут делать по отдельности и вместе» [18].

Сам Стенсен не занялся заявленной исследовательской программой – вскоре он уехал в Тоскану, где, прежде чем стать священником в 1675 году, успел за короткий промежуток времени основать геологию, объявить, что у женщин есть яйцеклетки, и выяснить, как работают мышцы.

Тем не менее понимание Стенсеном пути исследования мозга было фундаментальным аналитическим подходом. Его в той или иной степени мы и придерживаемся до сих пор.

* * *

Концепция Стенсена, согласно которой мозг не просто подобен машине, а фактически представляет собой некое устройство, стала частью общего сдвига в научных представлениях, произошедшего в Европе XVII века.

Концепция Стенсена о мозге как о некоем устройстве стала сдвигом в научных представлениях в Европе в XVII веке.

Философы и врачи, размышляя о теле, привыкли использовать механические метафоры. Тот же взгляд распространялся на Вселенную в целом, причем закономерность небесной механики рассматривалась в терминах некоего космического часового механизма [19]. Например, в 1641 году философ Томас Гоббс задал риторический вопрос: «В самом деле, что такое сердце, как не пружина? Что такое нервы, как не такие же нити, а суставы – как не такие же колеса, сообщающие движение всему телу так, как этого хотел мастер?»[31] [20]

Аналогии, которые Гоббс проводил между техникой и анатомией, достаточно хорошо соответствовали физическим функциям многих частей тела – сердце действительно является насосом (или пружиной) и так далее. Мозг несколько отличался, как из-за очевидного отсутствия понятной внутренней организации, которую можно было бы описать в терминах физических компонентов, так и из-за неимения какого-либо механизма, кроме часов, которое могло бы обеспечить соответствующую метафору. Вследствие недостатка каких-либо убедительных экспериментальных данных о функционировании мозга споры о связи между мозгом и разумом, что велись на протяжении XVII и XVIII веков, были сосредоточены на метафизических аспектах существования этой связи, а не на использовании современных машин в качестве разъясняющих метафор или предоставлении каких-либо конкретных доказательств. Эти философские дискуссии заложили основу для большинства последующих взглядов на связь между мозгом и разумом.

Многие философы выступали против материалистических объяснений разума.

Гоббс представил строго материалистический подход, отвергнул противоречивые идеи Декарта о душе как «нематериальной субстанции» и вместо этого утверждал, что мышление должно состоять из материи. Мыслящей материи. Подход Гоббса разделяла и необыкновенная Маргарет Кавендиш, герцогиня Ньюкасла[32] [21]. В 1664 году она писала, что «чувствительная и рациональная материя… создает не только Мозг, но и все Мысли, Представления, Воображение, Фантазию, Понимание, Память и любые движения в Голове или Мозге». Она продолжала бросать вызов тем, кто верил в нематериальный разум:

«Я хотела бы спросить тех, кто заявляет, что Мозг не имеет ни чувства, ни разума, ни самодвижения и, следовательно, никакого Восприятия; но что все происходит от Нематериального Начала и Бесплотного Духа, отличного от тела, который управляет вещественной материей и побуждает ее к действию. Хотелось бы спросить их, говорю я, где находятся их Нематериальные Идеи, в какой части или месте Тела?» [22]

Принцесса Елизавета Богемская точно так же выразила свое непонимание взглядов Декарта в личном письме, написанном в 1643 году: «Я должна сказать, что мне легче признать наличие у души материи и протяженности, нежели допустить, будто нечто нематериальное может двигаться и перемещаться в теле» [23].

Елизавете было проще представить существование мыслящей материи, чем согласиться с предположением Декарта о том, что нематериальная субстанция – чем бы она ни была – каким-то образом взаимодействует с физическим миром.

Несколько десятилетий спустя радикальный голландский философ Бенедикт (урожденный Барух) Спиноза твердо полагал, что «ум и тело есть одно и то же», но при этом признавал, что, учитывая знания того времени, данное тождество невозможно доказать:

«Никто не знает, далее, каким образом и какими средствами душа двигает тело, какую степень движения может она сообщить телу и с какой скоростью способна его двигать. Отсюда следует, что, когда люди говорят, что то или другое действие тела берет свое начало от души, имеющей власть над телом, они не знают, что говорят, и лишь в красивых словах сознаются, что истинная причина этого действия им неизвестна, и они нисколько этому не удивляются»[33] [24].

Многие светила философии выступали против материалистических объяснений разума. В одной из своих последних работ, в 1712 году, Готфрид Лейбниц[34] выразил общепринятое мнение, что не существует такой вещи, как мыслящая материя, потому что невозможно представить, как она может действовать:

«Если мы вообразим себе машину, устройство которой производит мысль и чувство восприятия, то можно будет представить ее себе в увеличенном виде с сохранением тех же отношений, так что можно будет входить в нее, как в мельницу. Принимая это допущение, мы при осмотре мельницы не найдем ничего внутри, кроме частей, толкающих одна другую, и никогда не обнаружим ничего такого, чем бы можно было объяснить суть восприятия»[35] [25].

Этот аргумент стал известен под названием «мельница Лейбница», а его усовершенствованные и обновленные версии использовались на протяжении веков и используются до сих пор в рамках современных дискуссий о том, как работает мозг.

* * *

Философские прения о возможном существовании мыслящей материи усилились после того, как в 1689 году Джон Локк опубликовал эссе «Опыт о человеческом разумении» [26]. Локк, известный ныне преимущественно как философ, учился на врача и был близким другом Ричарда Лоуэра – физиолога, помогавшего Уиллису проводить вскрытия в начале 1660-х годов. Джон Локк также являлся членом Королевского общества (Бойль был его покровителем). Хотя поначалу «Опыт» восприняли положительно – вскоре его стали преподавать в Оксфорде, – к концу столетия эссе подвергалось все большему числу нападок из-за того, как Локк рассматривал вопрос о мыслящей материи. Взгляды мыслителя или то, что люди принимали за них (философы до сих пор спорят о том, что именно Локк имел в виду), сформировали большую часть западных воззрений XVIII века о разуме, душе и самости[36].

Удивительно, но, учитывая это долгосрочное влияние, прямой вклад Локка в дискуссию о мыслящей материи был минимальным. В третьей части «Опыта» он кратко изложил два возможных объяснения происхождения мысли, которые считал одинаково вероятными. Либо Бог мог создать материю такой, чтобы она была способна мыслить, либо он мог бы зафиксировать на инертной материи некую незрелую субстанцию, которая являлась бы мыслью. Как объяснил Локк в своей типично неясной прозе[37]:

«У нас есть идеи квадрата, круга и равенства; и все-таки, вероятно, мы никогда не будем в состоянии найти круг, равный квадрату, и знать достоверно, что они равны. У нас есть идеи материи и мышления; но возможно, что мы никогда не будем в состоянии узнать, мыслит ли какой-нибудь чисто материальный предмет или нет. Без откровения, путем созерцания своих собственных идей, мы не можем обнаружить, дал ли всемогущий Бог некоторым системам материи, соответственно устроенным, способность воспринимать и мыслить, или же он присоединил и прикрепил к материи, таким образом устроенной, мыслящую нематериальную субстанцию. Представить себе, что Бог при желании может присоединить к материи способность мышления, по нашим понятиям, нисколько не труднее для нашего разумения, чем представить себе, что он может присоединить к материи другую субстанцию со способностью мышления[38]» [27].

По сравнению с аргументами Гоббса или Кавендиш размышление Локка было гораздо менее напористым, однако его аккуратное предположение о возможном существовании мыслящей материи возмутило многих консервативных философов, которые усмотрели в такой трактовке следующую кощунственную цепочку аргументов. Если материя способна мыслить, значит, душа материальна, и в этом случае логика предполагает, что она не может быть бессмертной. Один ирландский богослов обвинил работу Локка в том, что она «по всей вероятности, является последним великим ухищрением дьявола против христианства» [28].

Другой фронт возражений против мыслящей материи сформировался вокруг растущего убеждения, что Вселенная состоит из мелких частиц. Аргумент был таков: если вся материя строится из атомов, то атомы мыслящей материи должны обладать каким-то особым качеством. Но все атомы должны быть принципиально идентичны, поэтому вещество, из которого состоит мозг, никак не может быть особенным. Этот парадокс рассматривался многими как убийственный контраргумент в споре о возможности существования мыслящей материи – либо вся материя может мыслить, либо никакая. По мнению Ричарда Бентли[39], прочитавшего в 1692 году в Королевском обществе лекцию «Материя и движение не могут мыслить», вера в мыслящую материю приводила к «чудовищным нелепостям»: «Каждый Камень был бы воспринимающим и разумным Существом… каждый Атом нашего Тела являлся бы отдельным живым Организмом, наделенным собственным самосознанием и личными чувствами» [29].

Некоторые мыслители все же приняли идею о потенциальном существовании мыслящей материи.

Английский врач Фрэнсис Глиссон утверждал, что фундаментальной чертой всей материи является раздражимость (современный синоним – «ответная реакция»), которая также является основой восприятия и подразумевает, что вся Вселенная в некотором роде разумна. Этот взгляд известен как панпсихизм и продолжает отражаться в некоторых современных нейробиологических дискуссиях о природе и происхождении сознания [30].

Некоторые мыслители говорили о потенциальном существовании мыслящей материи.

Для Бентли существование мыслящей материи любого рода было просто невозможным. Он был даже готов отрицать всемогущество Творца, отвергая предположение Локка о том, что Бог мог создать мыслящую материю: «Всемогущество само по себе не может создать мыслящее тело, и это не какое-либо несовершенство в Силе Бога, а неспособность Субъекта: идея Материи и Мысли абсолютно несовместимы» [31]. Один из защитников Локка, теолог Мэттью Смит, сделал справедливое замечание насчет аргументации Бентли: «По сути, все его доводы сводятся лишь к одному: мы не можем понять, каким образом материя и движение производят ощущение» [32].

После смерти Локка спор о мыслящей материи был обобщен в публикации ряда писем, написанных в 1706–1708 годах Энтони Коллинзом, богатым английским вольнодумцем и другом Локка, и философом Сэмюелом Кларком, который яростно восставал против идей последнего.

Для Кларка, как и для Ричарда Бентли десятилетием ранее, сознательность одной части человеческого тела должна отражаться в каждой ее частице, потому что любое качество некоей материальной системы непременно присуще всем ее составляющим [33]. Коллинз ответил попыткой объяснить, как организация частиц в мозге может привести к возникновению сознания посредством того, что мы назвали бы эмерджентностью[40]:

«Можно предположить, что у частиц, составляющих мозг, есть сила, способная внести свой вклад в акт мышления, прежде чем они объединятся в единой форме; хотя, будучи разобщенными, [частицы] обладают сознанием не больше, чем любое другое существо, которое способно вызывать в нас доброту… имеет силу вызывать в нас доброту, когда его части разъединены и разделены» [34].

В конечном счете дискуссия вращалась вокруг природы самой материи и, в частности, возможности, как объяснил Коллинз, что целое характеризуется чем-то, чем не обладает каждая из его частей [35]. Это были серьезные вопросы, которые нельзя было решить просто бесконечными спорами.

Параллели между людьми и машинами считались аморальными, потому что вызывали сомнения в свободе воли человека.

Одно из предположений о мыслящей материи, особенно раздражавшее многих мыслителей, подразумевало отсутствие фундаментальной разницы между людьми и машинами. Параллели между людьми и машинами обычно считались в высшей степени аморальными, потому что вызывали сомнения в свободе воли. Если бы человеческий выбор каким-то образом диктовался глубинным материальным процессом, а не духом, то морали не было бы, продолжали рассуждать они. Многие критики подозревали, что материалисты используют аналогию с машиной, чтобы склонить наивных подростков к безудержному сексуальному поведению. По словам некоего Джона Уитти, хитроумный план материалистов состоял в том, чтобы «сначала превратить себя в простые Машины, а затем в письмах к леди разубедить их (нетрудно догадаться, для каких целей) в существовании Нематериальных и Бессмертных Душ» [36]. Это запутанное убеждение было широко распространено – материализм считался реальной угрозой сексуальной морали. Например, английский математик Хамфри Диттон ясно чувствовал, что мир катится в тартарары и что все это сводится к вере в мыслящую материю, которая, по его убеждению, имела цель подорвать «самые основы христианства» и стояла за «Всей Системой Современной Неверности» [37]. Если признать факт существования мыслящей материи, это повлечет за собой грозные последствия, которые так драматично описал Диттон, крайне остро относившийся к данному вопросу: «Они [материалисты] лишили человека всех Интеллектуальных Сил и подменили наши Души Колесами и Пружинами, так что мы всего лишь Набор Движущихся Болтающих Машин» [38].

Во Франции, как и следовало ожидать, о последствиях существования мыслящей материи в отношении морали, сексуальной или иной, заботились меньше. Поэтому предварительные идеи Локка по ту сторону Ла-Манша обычно воспринимались лучше. Например, в первые десятилетия XVIII века появилась анонимная рукопись под названием «Материальная душа» (L’Ame matériel), распространившаяся во французских интеллектуальных кругах. В этом собрании текстов содержалось утверждение, что «именно материя, из которой состоит мозг, мыслит, рассуждает, желает, чувствует и так далее» [39]. Тот факт, что рукопись так и не была опубликована, свидетельствует об официальном неодобрении подобных идей, но желание интеллектуалов обсуждать их было вполне реальным.

* * *

В то время как философы занимались метафизикой разума, врачи и другие исследователи обращались к более простому на первый взгляд вопросу о том, как происходит восприятие и движение [40]. Даже Исаак Ньютон не остался в стороне. В конце третьей книги второго издания «Математических начал натуральной философии»[41] 1713 года Ньютон предположил, что «некий тончайший эфир» может быть найден во «всех сплошных телах». Телесное движение происходило через его «колебания, возбуждаемые в мозге силой воли и распространяющиеся оттуда через твердые, прозрачные и однородные капилляры нервов в мышцы для их сокращения и расширения» [41].

Взгляды Ньютона основывались не на конкретных физиологических знаниях, а скорее на его предположениях об устройстве Вселенной. В отсутствие каких-либо экспериментальных данных они оставались не более чем допущением.

Многие из наиболее влиятельных идей XVIII века о связи между мозгом и движением тела получили распространение благодаря учению Германа Бургаве, профессора медицины в Лейденском университете. Бургаве был, вероятно, самым выдающимся врачом своего времени.

Между 1715 и 1776 годами только в Англии было опубликовано около сотни его работ или комментариев к ним, а ученики Бургаве стали одними из ведущих анатомов и физиологов той эпохи. Хотя Бургаве знал, что работы Сваммердама и Глиссона показали отсутствие нервной жидкости – в последние годы жизни он собрал для публикации шедевр Сваммердама – «Книгу природы». Ученый продолжал утверждать, что нервы содержат «сок», «самый быстрый и легкий из всех» [42]. Эта «едва уловимая жидкость» образовалась из крови, как утверждал Бургаве и как считали со времен Галена. Он отверг эксперименты Сваммердама на лягушках как малозначимые для понимания человека:

«На самом деле нет возражений против существования нервной жидкости, так как первые два эксперимента ни о чем не свидетельствуют, а остальные лишь показывают, что нервная ткань у хладнокровных земноводных животных отличается от нервной ткани у четвероногих и теплокровных животных, поэтому никакие доводы не могут быть взяты отсюда, чтобы прийти к каким-либо умозаключениям относительно человеческого тела».

Концепция движения и нервной функции Бургаве была усовершенствованной версией гидравлического взгляда Декарта и, возможно, подтвердилась работой Джорджо Бальиви[42], который в 1702 году утверждал, что пульсации мозга производят циркуляцию нервной жидкости (на самом деле эти движения мозга являются следствием артериальной активности) [43].

В 1752 году один из учеников Бургаве, строгий швейцарский кальвинист[43] Альбрехт фон Галлер, изложил новый взгляд на функционирование нервов и мозга. Ученый описал два основных свойства живых тканей – раздражительность и чувствительность. Он считал, что движение вызывается раздражительностью (он взял этот термин у Глиссона), которая может наблюдаться при сокращении мышц и переносится тем, что он назвал vis insita («сократительная сила»), продолжающей существовать после смерти, как это видно из опытов с лапками лягушек у Сваммердама. Нервы, с другой стороны, проявляли чувствительность, которую несла vis nervosa («нервная сила»). Она прекращается со смертью, сказал Галлер, и его опыты показали, что нервную силу можно подавить, перевязав нерв, повредив мозг или леча пациента опиумом. Масштабные эксперименты продемонстрировали, что эти две фундаментальные силы полностью разделены: «Наиболее раздражимые части совсем не чувствительны, и, наоборот, наиболее чувствительные не раздражимы», – писал Галлер [44].

Позже он уже заявлял, что нервы должны содержать какую-то жидкость, вырабатываемую в коре головного мозга, которая движется вниз по «маленьким трубочкам нервов». Эта «нервная жидкость», по словам ученого, «является инструментом чувства и движения и должна быть чрезвычайно подвижной, чтобы переносить впечатления или команды воли к местам их назначения без какой-либо заметной задержки» [45]. Несмотря на утверждение Галлера, что знание должно основываться скорее на экспериментах, чем на аналогии, в конце концов его понимание функции нервов не отличалось от идеи, что господствовала на протяжении веков, – жидкость Галлера ничем не отличалась от «животных духов» Галена.

Ученый Альбрехт фон Галлер описал два основных свойства живых тканей – раздражительность и чувствительность.

Другие мыслители были смелее. В 1749 году йоркширский врач Дэвид Гартли[44] опубликовал работу, в которой предположил, что вибрации проходят по нервам, «как звук по водной глади рек». Этому взгляду противостоял Александр Монро, профессор Эдинбургского университета и еще один ученик Бургаве, убежденный, что в нервах есть жидкости и что «нервы не способны к вибрациям, потому что их окончания… довольно мягкие и нежные» [46]. Гартли возразил, что не верит, будто «сами нервы должны вибрировать, как музыкальные струны» – ведь они не натянуты. Но все же сам он при этом не может объяснить, как именно вибрация движется вниз по мягкому и нежному нерву [47].

Несмотря на имевшиеся затруднения, Гартли расширил свою вибрационную гипотезу, чтобы охватить весь мозг. Восприятие, полагал он, каким-то образом вызывает в мозге вибрации, которые по существу идентичны у разных людей. Кроме того, расположение таких вибраций может объяснить процесс обучения:

«Когда два или более объекта представляются одновременно, чувственные впечатления, вызванные ими, располагаются так близко друг к другу, что, обращаясь к этой части чувственного, ум не может видеть один объект без другого, и поэтому идеи, отвечающие данным объектам, всегда неотделимы друг от друга» [48].

Идея Гартли, позже названная ассоцианизмом, подразумевала, что ощущения, физически связанные в мозге, могут формировать память [49]. Ученый также различал «автоматические движения» вроде тех, что происходят в сердце и кишечнике, и произвольные [50].

Против позиции Галлера и Гартли выступил Роберт Уитт, шотландский врач из Эдинбурга и еще один ученик Бургаве. Уитт утверждал, что существует нематериальный «разумный принцип», действующий через нервы и мозг и позволяющий телам двигаться. В 1751 году он ополчился на предположение Галлера о существовании силы, приводящей к мышечному сокращению, и назвал его идею «не более чем прибежищем невежества». В противоположность Уитт заявил, что раздражительность – это просто сила души [51]. Раздосадованный Галлер ответил, что Уитт не может объяснить, почему мышца, удаленная из тела, все еще сокращается при стимуляции, если только он не воображает, будто душа каким-то образом присутствует в каждой части тела [52].

Эти двое продолжали спорить в печати вплоть до смерти Уитта в 1766 году и даже после: Галлер преследовал своего умершего оппонента более десяти лет [53].

Врач Дэвид Гартли полагал, что восприятие вызывает в мозге вибрации, которые идентичны у разных людей.

Уитт был настолько враждебно настроен к предположению о возможной материальной основе поведения, что не использовал термин «автоматический» для описания непроизвольных движений. Как он предупреждал, это может означать, что тело – «просто неодушевленная машина, производящая такие движения исключительно из-за своей механической конструкции» [54]. Однако Уитт проницательно заметил, что ум действительно может влиять на некоторые непроизвольные движения, показывая, что подобные реакции не являлись полностью механическими: «Таким образом, вид или даже воспоминание о пище вызывает непрерывный поток слюны во рту голодного человека».

Работа Уитта строилась на идеях Жана Астрюка, профессора медицины, работавшего в Монпелье и Париже. Астрюк был выдающимся ученым: помимо того, что он написал первую книгу по венерологии, Астрюк также стал одним из первопроходцев в применении текстологического анализа к Библии, предположившим, что Книга Бытия была написана более чем одним автором. Астрюк утверждал, что непроизвольное поведение, такое как моргание, семяизвержение и дыхание, вызывается «животными духами», которые текут вверх по нервам, достигают мозга и затем, согласно идее Декарта, «отражаются» обратно, чтобы произвести соответствующее движение в конкретном органе. Так, Астрюк ввел в научный оборот понятие «рефлекс» [55]. Почти через сотню лет после того, как Декарт впервые описал этот феномен, у рефлекса появилось название.

Ключевой вклад Уитта состоял в изучении физических основ рефлекторных движений. Он показал, что для их осуществления необходим спинной мозг и специфические рефлексы связаны с его различными частями – движение нижних конечностей вызывается нижней частью спинного мозга и т. д. [56].

Подобно Астрюку, Уитт интерпретировал полученные факты в терминах связи между стимулируемыми нервами и теми, что вовлечены в движение. Они, по-видимому, располагались в месте, где встречались в спинном или головном мозге [57].

Хотя взгляд Уитта на основу мшления был решительно антиматериалистическим, его работа предполагала, что определенное поведение может быть объяснено некоей нервной связью между различными частями тела.

* * *

Наиболее известный вклад в дискуссию XVIII века о мыслящей материи внес другой ученик Бургаве, француз Жюльен Офре де Ламетри.

В 1747 году Ламетри опубликовал сочинение «Человек-машина» (L’homme machine), манифест нового взгляда на человеческий ум и тело, согласно которому функционирование тела и ума может быть полностью объяснено материей [58]. Мыслитель писал: «Все способности души настолько зависят от специфической организации мозга и всего тела, что они, очевидно, являются не чем иным, как самой этой организацией» [59]. Мыслящая материя существует, утверждал Ламетри, и это мозг.

Ключевой вклад Уитта состоял в изучении физических основ рефлекторных движений.

По словам его покровителя, прусского короля Фридриха II, понимание Ламетри того, что «способность мыслить есть лишь следствие организации машины», пришло во время лихорадки в 1744 году. В 1746 году Ламетри предварительно изложил эту идею в печати. Его работа была немедленно осуждена французскими властями, и он предусмотрительно бежал в Нидерланды.

Неустрашимый ученый еще серьезнее задумался о материальной основе разума. Результатом его изысканий стала книга «Человек-машина», которая была написана и опубликована – анонимно – в Лейдене в 1747 году. Труд Ламетри обладал всем необходимым, чтобы стать бестселлером: он строился вокруг дерзкой идеи, но был написан в легком разговорном стиле, шутливо высмеивал сильных мира сего и содержал непристойные намеки. Книгу немедленно запретили во Франции, что неизбежно способствовало тайному распространению печатных и рукописных версий. Даже в якобы терпимом Амстердаме книга была запрещена и публично сожжена палачом. Несмотря на или, скорее, из-за ее скандальной репутации, предприимчивый лейденский издатель Ламетри быстро выпустил еще два издания [60].

Многие идеи мыслителя звучат очень современно. Например, он предположил, что мы могли бы научить больших обезьян использовать язык жестов, потому что «нет резкого перехода животных к человеку… Кем был человек до того, как изобрел слова и выучил языки? Животным конкретного вида» [61]. Более чем за сто лет до Дарвина Ламетри также заявил, что «форма и состав мозга четвероногих более или менее совпадают с человеческим… Человек в точности подобен животным как по своему происхождению, так и по всем пунктам сравнения».

В 1788 году у английского короля Георга III диагностировали безумие.

Интересно, что в качестве отправной точки в «Человеке-машине» Ламетри выбрал психическое здоровье и то, как на него влияет состояние тела. Некоторые из симптомов, выявленных им, сегодня выглядят странно – «те, кто воображает, что они превратились в оборотней, петухов или вампиров», – но он с явным сочувствием описал различные формы эмоционального потрясения, ужасные последствия бессонницы или трагедию фантомного болевого синдрома у людей, переживших ампутацию. Это было характерно для медленного изменения отношения к психическим заболеваниям, происходившего в Европе во второй половине XVIII века и усиленного безумием английского короля Георга III, которое диагностировали в 1788 году. Но, хотя некоторые врачи стремились проявлять больше участия к пациентам с психическими заболеваниями, они плохо представляли себе, как лечить даже физические недуги, не говоря уже о ментальных и психических проблемах [62]. Ламетри, несмотря на свою страсть и современные идеи, ничем не отличался от них.

За кажущейся новизной Ламетри скрывались некоторые довольно старые идеи. Его объяснение работы мозга основывалось на непроизвольных движениях. Ламетри называл их «пружинами человеческой машины» и описывал весьма туманно, используя аналогию с часами [63]. Будучи не в силах узнать, как материя может мыслить, Ламетри вернулся к предположению, что это следствие какой-то неизвестной силы, специфичной для жизни: «Организованная материя наделена движущим принципом, и один он отличает ее от неорганизованной материи… этого достаточно, чтобы решить загадку субстанций и человека». В результате у Ламетри родилась замечательная метафора человеческого мозга и тела: «машина, которая заводит собственные пружины – живой образ вечного двигателя… человек есть совокупность пружин, взаимно активируемых друг другом» [64]. По наблюдениям современных комментаторов, подобные виталистические[45] взгляды ученого говорят о том, что, несмотря на драматическое название своей книги, Ламетри не полностью принял материалистический подход.

В феврале 1748 года, когда стало ясно, что «Человек-машина» приведет к большим проблемам в Нидерландах, ученый перебрался в Берлин, приняв приглашение Фридриха Великого, прусского монарха. Ламетри стал врачом короля и присоединился к Вольтеру и другим радикальным мыслителям при дворе. Фридрих, который был чрезвычайно либерален, когда дело касалось философских вопросов, разделял взгляды Ламетри на мыслящую материю. «Мысль и движение… являются атрибутами одушевленной машины, созданной и организованной как человек», – писал король Вольтеру [65].

Ламетри был веселым, жизнерадостным человеком – на портрете он похож на парня, с которым вы хотели бы поболтать в пабе, – и прославился своим презрением к придворным условностям. Он падал ничком и засыпал прямо на дворцовых кушетках; когда было жарко, Ламетри швырял парик на пол, снимал воротник и расстегивал пиджак [66]. На его современников благоприятного впечатления это не производило – консервативный Галлер отрекся от Ламетри, а французский философ Дени Дидро назвал его «сумасшедшим», «распутным, дерзким, глупым, льстецом» [67]. В ноябре 1751 года, в возрасте всего сорока двух лет, Ламетри внезапно и таинственно умер. По словам Вольтера, причиной послужила еда: «паштет из орла, замаскированный под фазана… хорошо смешанный с плохим салом, рубленой свининой и имбирем» [68].

В первой половине XIX века Ламетри был забыт, и недавнее возрождение интереса к его работам обусловлено скорее параллелями с современными представлениями о мозге и поведении, а не каким-либо влиянием на последующую науку [69]. Однако работа мыслителя была значимой в более широком смысле. Его предположение о том, что люди являются машинами, вскоре просочилось в массовую культуру тем самым образом, о котором предупреждали некоторые критики Локка, – через порнографию.

Одна из самых скандальных книг, когда-либо издававшихся на английском языке, – «Мемуары женщины для утех», в народе известная как «Фанни Хилл», по имени ее главной героини. Книга была опубликована спустя год после «Человека-машины», а еще через год ее автора Джона Клеланда обвинили в развращении подданных короля, и «Фанни Хилл» запретили.

Содержание было настолько порнографическим, что версию без цензуры опубликовали в Великобритании только в 1970 году. В книге молодая Фанни неоднократно использует термин «машина» для описания различных пенисов, с которыми сталкивается (их много), в то время как эрекция часто называется «раздражением». Некоторые персонажи описываются как «машины» или «люди-машины», когда они участвуют в половых актах. А центральная тема книги – связь между телом и умом, рассматриваемая сквозь вездесущую призму сексуального желания [70]. Возможно, Клеланд читал труд Ламетри и был впечатлен «Человеком-машиной» или цинично добавил изюминку запрещенной философии, чтобы оживить свой эротический роман. Как бы то ни было, культурное воздействие нового, «механистического» взгляда на устройство человеческого организма было реальным.

Каким бы туманным ни был его слог, аналогия с машиной, лежащая в основе работ Ламетри, вызывала растущий интерес к сложным механизмам и автоматам. Техническое развитие, в частности миниатюризация, оставило далеко позади гидравлические статуи Декарта, на смену которым пришли жутко реалистичные часовые механизмы.

В 1738 году французский изобретатель Жак де Вокансон поразил парижан своим механическим флейтистом, за которым год спустя последовал волынщик, аккомпанирующий себе на барабане, и устройство, известное как Canard digérateur («Переваривающая утка»), которое могло двигаться, есть и испражняться [71]. В Лондоне у часовщика Джеймса Кокса была целая галерея, посвященная его автоматам, в том числе прекрасному механическому серебряному лебедю, которого можно увидеть в Музее Боуз в графстве Дарем.

Возможно, вершиной изобретений этого периода был «Писатель», автомат, состоящий из почти 6000 деталей, который был создан в 1770-х годах швейцарским часовщиком Пьером Жаке-Дрозом. Этот необычный автомат – теперь выставленный в Невшателе – мог писать буквы гусиным пером и одновременно двигать стеклянными глазами, будто бы следя за движением руки и фокусируя взгляд на письме.

Никто не предполагал, что такие устройства были живыми или мыслили. Но сверхъестественная способность воспроизводить аспекты поведения предполагала, что их тикающие «внутренности» могли каким-то образом пролить свет на принципы работы человеческого мозга и тела.

* * *

На протяжении всего XVIII века мысль о фундаментальной роли мозга все больше укоренялась в научных и популярных представлениях. В 1734 году английский писатель Сэмюэл Коллибер провозгласил: «То, что мозг – это вместилище ощущений (которые, как мы наблюдали, являются одним из видов мышления), в настоящее время общепризнано» [72]. Конечно, Коллибер слегка преувеличивает, но в целом все шло именно так.

Почти полвека спустя Джозеф Пристли, великий британский химик и священник-диссентер[46], находившийся под сильным влиянием Дэвида Хартли, объявил, что мышление «является свойством нервной системы или скорее мозга» [73]. Он выразился с типичной йоркширской прямотой: «По-моему, заключить, что мозг мыслит, можно на том же основании, как и утверждать, что он белый и мягкий» [74]. Пристли даже привел несколько веских доказательств в подтверждение своих взглядов:

«Насколько можно судить, способность мышления и определенное состояние мозга всегда сопровождают друг друга и друг другу соответствуют. Именно поэтому мы считаем, что любое свойство присуще любой субстанции. Не бывает такого, чтобы человек сохранил способность мыслить, когда его мозг разрушен. И всякий раз, когда страдает мышление, есть достаточные основания полагать, что мозг находится в таком же расстройстве. В связи с чем мы неизбежно обязаны рассматривать мозг как место, где пребывает мышление» [75].

В 1734 году английский писатель Сэмюэл Коллибер превозгласил, что мозг – это вместилище ощущений.

Однако в течение XVIII века в науке произошел медленный сдвиг от вселенной, управляемой законами механики, к вселенной, в которой, казалось, на первый план вышли силы и чувствительность. Витализм, вытесненный математизацией вселенной в XVII столетии, возвращался. Механистические воззрения, оказавшиеся столь эффективными в руках Ньютона и других мыслителей, также обнаружили свои пределы.

Классическая теория тяготения Ньютона обладала огромной прогностической силой, но никто не был уверен, как именно работает гравитация[47]. Гравитация была реальной, но ее можно было только наблюдать, а не захватить или разбить на составные части. Предпринятые в физиологии попытки объяснить возникновение тепла в организме с помощью механических моделей не прошли экспериментальных испытаний. Поэтому к середине 1700-х годов были выдвинуты более виталистические интерпретации, предполагающие, что внутри живого тела происходят особые процессы, как считал Ламетри [76]. Точно так же механические аналогии, преобладавшие в представлениях о функции нервов и природе ума, выглядели несостоятельными, когда сталкивались с недавно выявленными силами раздражительности и чувствительности.

В XVIII веке в науке произошел сдвиг, где на первый план вышла чувствительность.

Кроме того, выражение этих сил в нервах не было похоже на какую-то гидравлическую силу, возникающую в результате давления. Напротив, она была условной и могла наблюдаться только при определенных обстоятельствах. В 1784 году австрийский физиолог Иржи Прохаска[48] утверждал: «Как искра скрыта в стали или кремне и не появляется, если нет трения между кремнем и сталью, так и vis nervosa [нервная сила] скрыта и не проявляет действия нервной системы, пока не возбуждается приложенным стимулом» [77].

Условная, немеханическая точка зрения поставила вопрос: какая из известных науке сил может справиться с подобной ролью? Ни вода, ни воздух, ни вибрация, казалось, не подходили для этого. Но имелись волнующие намеки, что за тайная сила это может быть; намеки, которые исходили от нового явления, оказывающего драматическое, ужасающее воздействие на тела и связанного, по-видимому, с самой жизнью. Речь шла об электричестве.

3

Электричество. XVIII–XIX века

В начале апреля 1815 года вулкан Тамбора в Индонезии извергся с поразительной силой. Сто кубических километров каменных глыб были измельчены и выброшены высоко в небо, густые газы и микроскопические обломки циркулировали в атмосфере в течение нескольких месяцев подряд, и климат всей планеты сильно изменился. В Европе следующий год стал известен как «год без лета»: погибли посевы, распространились болезни, а в Швейцарии четверо британских туристов оказались запертыми на берегу Женевского озера: «Лето было сырым и холодным, беспрестанный дождь целыми днями не выпускал нас из дому» [1]. Чтобы скоротать время, они решили, что каждый из них напишет страшную историю. Среди путешественников была восемнадцатилетняя Мэри Шелли, и новелла, которую она написала, называлась «Франкенштейн, или Современный Прометей». Как позже объяснила Шелли, идея о том, что доктор Франкенштейн собирает части тела и оживляет их, возникла благодаря экспериментам, которые были проведены несколько лет тому назад. Тогда тела недавно казненных преступников подвергали воздействию электричеством, заставляя их мышцы дергаться в пародии на жизнь [2]. Интерес к электричеству рос на протяжении всего XVIII века, и к 1750-м годам публичные демонстрации феномена электричества стали в Европе обычным делом [3]. Эти демонстрации проводились «электриками», которые вырабатывали статическое электричество, натирая кусок стекла или янтаря шерстью или, еще лучше, с помощью изготовленной на заказ машины, в которой маховик с ручным управлением вращал стеклянный предмет против войлока или шерсти, генерируя электрический заряд. Результаты иногда были почти сверхъестественными – огни святого Эльма[49] можно было вызвать в стеклянном шаре. А при исполнении трюка, известного под названием «Висящий мальчик», несчастного юношу подвешивали к потолку и заряжали статическим электричеством, растирая стеклянной трубкой. Легкие предметы вроде перьев и металлических опилок волшебным образом летали по воздуху и прилипали к нему.

Ключевым стал 1746 год, когда Питер ван Мушенбрук из Лейденского университета изобрел способ захвата и хранения электричества [4]. Шелковую нить пропускали между генератором и стеклянной банкой (первоначально ее наполняли водой), и сосуд накапливал электрический заряд (вскоре было обнаружено, что металлические накладки из фольги внутри и снаружи пустой емкости делали этот трюк еще эффектнее). Если бы провода, подключенные к внутренней и внешней стенкам банки, соприкоснулись одновременно, произошел бы мощный удар, поскольку банка бы мгновенно разрядилась (такие сосуды могут хранить более 30 000 вольт). Если бы кто-то еще держался за храбреца, соединявшего две части устройства, его также бы ударило током. Французский философ Жан-Антуан Нолле убедил 200 несчастных монахов взяться за руки цепью длиной более 400 метров и, к большому удовольствию зрителей, заставил подопытных невольно подпрыгнуть в воздух, когда сквозь них прошел заряд [5].

Электричество также использовалось для лечения различных видов паралича. Среди врачей, путешествовавших по Великобритании, предлагавших исцелять больных с помощью генераторных устройств и так называемых лейденских банок, были основатель методизма[50] Джон Уэсли и будущий лидер Великой французской революции Жан-Поль Марат. Данный метод терапии оказался настолько успешным, что начиная с 1780-х годов в ряде европейских больниц были установлены упомянутые выше устройства [6].

Электричество использовалось для лечения различных видов паралича.

Вскоре стало ясно, что электричество может воздействовать на тело любого животного, даже мертвое. В 1753 году профессор Джованни Батиста Беккариа из Турина показал, что можно вызвать сильные сокращения «мышц бедра сильного петуха», если их стимулировать электрическими искрами [7]. В Болонье Марко Кальдани[51] удалил задние ноги лягушки, а затем поднес к конечностям наэлектризованный стержень: «Мы всегда видели, как мышцы нижних конечностей совершают движение. Это происходит исключительно благодаря силе электричества» [8]. Джозеф Пристли также изучал воздействие электричества на лягушек и показал, что удар из лейденской банки может заставить легкие мертвого животного раздуваться. Объяснение Пристли, почему он прекратил эксперименты, показывает, что не все исследователи были бесчувственными и жестокими: «Я бы бил током жаб, змей, рыб и т. д. и различных других хладнокровных животных, но у меня не было возможности. Кроме того, человечность – слишком дорогая плата за философские открытия» [9].

В 1749 году Дэвид Гартли связал растущее увлечение электричеством с отрывочными идеями Ньютона о функции нервов и предположил, что «электричество также различным образом связано с учением о вибрациях» [10]. Шесть лет спустя швейцарский мыслитель Шарль Бонне продвинулся еще на шаг, задавшись вопросом, имеют ли «животные духи природу, аналогичную природе света или электрической материи». Бонне, возможно, был первым, кто использовал слово, которое сейчас является фундаментальным для нашего понимания функционирования нервов, – «передача». «Являются ли нервы просто нитями, предназначенными для передачи материи, что так удивительно быстра?» – спросил ученый [11]. В 1760 году Бонне снова задумался о связи между электричеством и функцией нервов, предположив, что они содержат «жидкость, которая похожа на свет своей тонкостью и подвижностью». Бонне постарался дать понять, что у него нет никаких доказательств этого предположения:

«Мы не знаем природы животных духов: они еще более недоступны нашим чувствам и инструментам, чем сосуды, которые их фильтруют или производят. Только с помощью разума мы можем принять существование духов и заподозрить какую-то аналогию между ними и электрической жидкостью. Эта аналогия основана главным образом на некоторых свойствах данной жидкости. В частности, речь идет о скорости и свободе, с которыми она следует вдоль одной или нескольких нитей либо через толщу воды, даже подвижную» [12].

С конца 1750-х годов Болонья – место расположения старейшего в мире университета – стала ареной интенсивных споров о роли электричества в функционировании нервов. Марк Кальдани и Феличе Фонтана[52] поддержали точку зрения Галлера о том, что раздражительность является лучшим объяснением. А другие защищали традиционное представление о «животных духах», но вслед за Бонне воображали, что «духи» являются формой электричества [13]. Невозможность решить вопрос свидетельствовала о том, что наука зашла в тупик: для достижения прогресса требовались доказательства иного рода.

* * *

На протяжении тысячелетий было известно, что некоторые рыбы производят странное электричество. В Европе люди знали о парализующем действии маленького существа – электрического ската, или торпеды[53] («торпеда» происходит от латинского torpere, что означает «быть застывшим или парализованным»). Древние египтяне изображали африканского клариевого сома, обладающего аналогичной силой. А народы бассейна Амазонки хорошо знали о способности электрического угря парализовать животных [14]. Однако точная природа феномена, производимого этими рыбами, была неясна – те, кто исследовал электрический эффект, например Франческо Реди в XVII веке или Рене Антуан Реомюр в XVIII веке, считали, что он обусловлен быстрым движением рыбы.

На протяжении тысячелетий было известно, что некоторые рыбы производят электричество.

В 1757 году французский исследователь Мишель Адансон пришел к выводу, что воздействие тока от пресноводного сома из Сенегала было таким же, как и от лейденской банки [15]. Десятилетием позже натуралист Эдвард Бэнкрофт показал, что ток, производимый угрем из Гайаны (на самом деле это не угорь), может передаваться через леску и оттуда на цепь из дюжины человек, «точно так же, как от электрической машины». Дальнейшие исследования скатов, вдохновленные натуралистом Джоном Уолшем и проведенные с участием физика Генри Кавендиша и анатома Джона Хантера, показали, что органы, ответственные за создание тока, – большие структуры по бокам тела, между головой и грудными плавниками – могут функционировать как серия лейденских банок.

В 1775 году Уолшу в конце концов удалось получить искру от заряда, произведенного рыбой, продемонстрировав, что она способна генерировать электричество. Предположения о том, что «животные духи» могут иметь электрическую природу, породили серьезную проблему: «духи» были явно ограничены нервами, но электричество легко протекало по всему телу. Эксперименты со скатами выявили, что электричество может содержаться в определенном органе, – может, и нервы могли бы делать что-то подобное? [16] Французский физик Пьер Бертолон пришел к выводу, что у всех животных есть «собственное электричество», производимое трением, создаваемым движениями, такими как дыхание, кровообращение и т. д. [17]. Это электричество, утверждал ученый, стимулирует мышцы через нервы и является основой всех движений.

Пьер Бертолон утверждал, что у всех животных есть «собственное электричество», которое производится трением от их движения.

Несколько лет спустя Луиджи Гальвани, врач из Болоньи, начал исследовать реакцию животных на электричество из лейденских банок, в основном изучая движение изолированных лягушачьих лапок, следуя работе Пристли и других ученых, проводивших эксперименты 30 годами ранее[54]. В 1791 году Гальвани заметил острую чувствительность нервов к электричеству, когда случайно обнаружил, что даже заряженная атмосфера, возникающая в грозовые дни, может вызывать мышечные сокращения [18]. Самым сложным открытием Гальвани было наблюдение сокращений в отсутствие какого-либо внешнего источника электрического заряда. Более ста лет назад Сваммердам показал, что если потрогать скальпелем лягушачий нерв, то прикрепленная к нему мышца сократится, и этот эффект он приписал раздражению. Гальвани наблюдал сходный феномен, но выявил, что мышца лягушки сокращается, если ее поместить на железную пластину, а затем коснуться связанных с ней нервов другим металлом, таким как серебро. Он пришел к выводу, что в нерве есть какое-то врожденное электричество, которое передается через металлы в мышцу [19]. Данный эффект не ограничивался лягушками. В мае 1792 года Гальвани присутствовал на двойной ампутации, проведенной профессором Гаспаром Джентили в больнице святой Урсулы в Болонье. Сразу же по завершении операции Гальвани взял ампутированные конечности бедного пациента и «в присутствии вышеупомянутого профессора, других врачей и ученых мужей» заставил пальцы руки двигаться, а мышцы ноги сокращаться, просто коснувшись нерва кусочком фольги, а мышцы – кусочком серебра, а затем позволив металлам контактировать друг с другом [20].

Гальвани утверждал, что эти эксперименты доказали существование «животного электричества», которое «содержится в большинстве частей организма животных, но наиболее ярко проявляется в мышцах и нервах» и, собственно, является таким же феноменом, как у электрических скатов и других подобных рыб [21]. Животное электричество, согласно Гальвани, вырабатывается корой головного мозга, а затем извлекается из крови и поступает в нервы. В некотором смысле ничего особенного не изменилось – это было похоже на более ранние представления о порождении «животных духов».

Гальвани не мог сказать, каким образом электричество в нерве заставляет мышцу сокращаться, хотя и задавался вопросом, является ли причиной испарение или раздражение. Несмотря на проблемы с пониманием того, как происходят простейшие движения, ученый был готов размышлять о самом сложном из всех вопросов – связи между разумом и движением:

«Может быть, ум с его удивительной силой мог бы послать некий импульс либо в головной мозг, во что очень легко поверить, либо за его пределы, в какой угодно нерв, вследствие чего нервно-электрическая жидкость быстро потечет от соответствующей мышцы к той части нерва, к которой был устремлен импульс» [22].

Эксперимент Гальвани на лягушачьих лапках. Человек слева генерирует заряд статического электричества, растирая шерсть овцы

В 1793 году туринский врач Эусебио Валли с энтузиазмом поддержал и дополнил утверждения Гальвани, полагая, что старые «животные духи» были заменены новой идеей животного электричества [23]. Валли понял, что если нервы функционируют на основе электричества, то, подобно электрическому органу ската, они должны иметь какое-то особое строение, отличающееся от структур других тканей: «Мозг, спинной мозг и нервы обладают специфической конституцией, и именно от нее зависит вид вырабатываемого электричества».

Несколько месяцев спустя эдинбургский врач Ричард Фаулер указал на проблему: эффект животного электричества Гальвани, казалось, проявлялся только тогда, когда ткани соприкасались с двумя различными металлами [24].

Эта критика также лежала в основе работы Алессандро Вольты[55] из Павийского университета, прояснившего, что простой контакт двух различных металлов генерирует слабый электрический заряд, который, в свою очередь, вызывает сокращение мышц лягушки. Он вкратце опроверг утверждение Гальвани об открытии врожденного электричества у животных – мышечное сокращение было просто реакцией на электрическую стимуляцию, порожденную контактом металлов [25].

Ричард Фаулер объяснил, что эффект животного электричества проявляется тогда, когда ткани соприкасаются с двумя различными металлами.

Уязвленный критикой Вольты, Гальвани вместе со своим племянником Джованни Альдини провел эксперименты, проиллюстрировавшие, что растяжения мышц можно добиться, просто позволив нерву коснуться обнаженной мышцы без участия металла. Этот результат был подтвержден двумя годами позже Александром фон Гумбольдтом[56] [26]. Вольта не был впечатлен, подчеркивая, что даже в этих случаях в процесс сокращения были вовлечены некоторые сторонние компоненты, такие как жидкости на внешней поверхности тканей [27]. Тело, утверждал ученый, оставалось совершенно пассивным, реагируя на внешний электрический стимул, который каким-то неизвестным образом порождался взаимодействием того, что он называл «гетерогенными веществами».

Рассуждения Алессандро Вольты были не так уж далеки от истины – теперь мы знаем, что результаты первоначальных биметаллических экспериментов Гальвани были вызваны различным сродством электронов у двух видов металлов, благодаря чему и генерировался электрический ток. А эксперименты Гальвани и Гумбольдта без металлов вызвали ток повреждения, при котором травмированная ткань имеет отрицательный заряд, а неповрежденная – положительный [28]. Но Гальвани был абсолютно прав, утверждая, что в телах животных присутствует некий вид электричества и что «нарушенное равновесие» лежит в основе электрического тока. Более глубокое объяснение, которое будет полностью осознано лишь спустя практически 150 лет, состояло в том, что в организме электрические заряды имеют химическую основу: нервные импульсы – электрохимические.

Не все были убеждены, что проводившиеся эксперименты что-то говорят о природе движения. В 1801 году английский физик Эразм Дарвин (дед Чарлза) писал: «Я не считаю убедительными эксперименты, недавно опубликованные Гальвани, Вольтой и другими и демонстрирующие сходство между духом жизни, что сокращает мышечные волокна, и электрической жидкостью» [29]. Вскоре Дарвин оказался в меньшинстве, поскольку новые эксперименты, казалось, решили поставленный вопрос.

Новые прозрения зиждились на поистине революционном открытии Вольты. Ученый решил сосредоточиться на одном из наиболее сильных аргументов, подверждающих, что животные обладают каким-то присущим только им электричеством, – на электрическом токе ската. Осенью 1799 года, следуя идеям английского химика и изобретателя Уильяма Николсона, Вольта начал выяснять, лежит ли повторяющаяся структура электрического органа ската в основе его способности генерировать электричество [30]. Чтобы проверить гипотезу, Вольта создал, согласно его собственному описанию, искусственный электрический орган, основанный на анатомии ската и состоящий из чередующихся дисков из цинка и меди, между которыми были проложены кусочки картона, пропитанные разбавленной кислотой. Это изобретение получило название «вольтов столб» или «свая» (pile), в честь кучи дисков, из которых оно было сделано, – термин сохранился во французском языке, но в английском мы теперь говорим «батарея»[57].

Удивительно, но данное устройство генерировало непрерывный электрический ток за счет взаимодействия составных элементов. Спор Вольты с Гальвани привел к изобретению нового источника энергии. Об этом знаменательном открытии было объявлено миру в письме Королевскому обществу, написанном в марте 1800 года и опубликованном в июне того же года [31]. Наступила эра химического электричества, и вскоре физики и химики по всей Европе начали использовать батареи в своих исследованиях, завораживая публику демонстрациями новой формы энергии, как, например, делал это Гемфри Дэви[58] на знаменитых лекциях в Лондоне. В 1812 году на одной из его эффектных демонстраций электричества присутствовала некая юная девушка. Звали ее Мэри Годвин, но она стала более известной под фамилией мужа – Шелли [32].

В письме к Королевскому обществу Вольта описал способность внешнего электричества стимулировать нервы в отсутствие какого-либо дополнительного заряда от мышц.

Исследователь рассказал, как подключение искусственного электрического органа к различным частям его головы вызывало вкус на языке, свет в глазах и звуки в ушах. Единственное чувство, которое он не мог искусственно стимулировать, было обоняние – посылание электрического тока через внутреннюю часть носа вызывало только покалывание[59]. Примечательно, что Вольта не касался того, как на самом деле функционируют нервы. Он утверждал, что реакция на электричество всегда обусловлена внешним раздражителем, но не объяснял, как работают нервы в отсутствие такового. Гальвани считал, что в нормальном состоянии мозг каким-то образом высвобождает электрические заряды через нервы. Вольте нечего было этому противопоставить.

Вольта создал искусственный электрический орган, основанный на анатомии ската и состоящий из чередующихся дисков из цинка и меди.

* * *

Хотя Вольта дожил до 1827 года, в дальнейшем он не внес никакого вклада в изучение животного электричества. Однако по иронии судьбы именно изобретенная им батарея привела к популяризации идей Гальвани о важности электричества в организме. Это произошло благодаря работе племянника и последователя Гальвани – Джованни Альдини. В начале XVIII века Альдини провел серию ужасных экспериментов[60] в различных европейских городах, во время которых использовал батареи Вольты, чтобы показать силу электричества, вызывающего движение в телах животных и, что наиболее драматично, в мертвых человеческих телах [33]. Наиболее известный из этих опытов произошел в Лондоне в январе 1803 года, когда Альдини экспериментировал с телом Джорджа Форстера, часом ранее повешенного за то, что утопил свою жену и ребенка в канале [34]. Перед небольшой аудиторией физиков в Королевском колледже хирургов Альдини поместил электроды на голову трупа, отчего левый глаз Форстера открылся, а лицо исказила гримаса [35] Согласно краткому сообщению, появившемуся в The Times, «далее правая рука [трупа] поднялась и сжалась, а ноги и бедра были приведены в движение. Неосведомленной части зрителей казалось, что несчастный находится на пороге возвращения к жизни» [36].

Эксперименты Альдини, которые он проводил по всей Европе, поразили закаленных медиков-наблюдателей, потому что непрерывный ток от батареи был способен производить жуткое, похожее на жизнь скоординированное поведение – очень отличающееся от коротких спазмов, вызванных одиночными ударами из лейденских банок. Это наводило на мысль, что электричество – нечто большее, чем просто раздражитель, и что оно на самом деле является неврогенным источником сложного поведения [37]. Собственные рассказы Альдини об экспериментах часто гротескны и неприятны. Вот два наболее приемлемых примера из возможных. Его исследования на животных показали, что воздействие тока на голову мертвого быка вызывало «такое сильное волнение во всех его конечностях, что некоторые из зрителей были сильно встревожены и сочли благоразумным отойти на некоторое расстояние». А пускание тока через обезглавленное тело коровы приводило к сильным сокращениям диафрагмы и выбросу фекалий [38]. После эксперимента во Франции Парижский национальный институт сообщил:

«Когда отрубили голову собаке, Альдини подверг ее действию сильного тока, отчего начались ужасные конвульсии. Рот открылся, зубы заскрежетали, глаза выкатились из орбит, и, если бы воображение не сдерживалось разумом и логическими размышлениями, можно было бы почти поверить, что животное вернулось к жизни и находится в состоянии агонии».

Не все эксперименты Альдини были столь жуткими или бессердечными. К примеру, он использовал электрическую стимуляцию, чтобы заставить цикаду петь, а светлячка светиться.

И с озарением, которому не суждено было принести плодов еще почти 200 лет, он даже задался вопросом, можно ли будет использовать этот метод, чтобы «получить более точные знания об организации насекомых». Альдини также использовал батарейки для проведения какой-то новаторской терапии. Он описал случай Луиса Лансарини, двадцатисемилетнего фермера, страдавшего «глубокой меланхолией». После серии ударов током – сначала в лицо, потом в череп – симптомы Лансарини постепенно отступили. Альдини следил за пациентом в течение нескольких месяцев и сообщил, что «у него хорошее здоровье и он может заниматься обычной работой» [39].

Эксперименты Альдини с использованием электричества на человеческих телах

Хотя самому Альдини было далеко до Франкенштейна, некоторые исследователи подошли довольно близко. Немецкий врач Карл Август Вайнхольд сделал ряд экстравагантных наблюдений, которые могли бы быть взяты со страниц шедевра Мэри Шелли, включая утверждение, что биметаллическое электричество действительно может возвращать к жизни [40]. Впечатлительному читателю лучше пропустить следующий абзац.

Ученый Альдини использовал электрическую стимуляцию, чтобы заставить цикаду петь, а светлячка светиться.

В книге 1817 года, озаглавленной «Опыты над жизнью и ее основными силами» (Versuche über das Leben und seine Grundkräfte), Вайнхольд писал, что разнородные металлы могут действовать как искусственный мозг. Он утверждал, что удалил мозг у живого котенка, а затем вставил в пустой череп смесь цинка и серебра. Животное начало шевелиться и в течение двадцати минут «поднимало голову, открывало глаза, с остекленевшим выражением смотрело прямо перед собой, пыталось ползти, несколько раз падало, снова вставало с явным усилием, ковыляло, а потом упало в изнеможении» [41]. В стиле Франкенштейна Вайнхольд пришел к выводу, что продемонстрировал собственную способность «создать полноценную физическую жизнь» [42]. Но к подобным заявлениям стоит относиться с известной долей иронии. Несколько десятилетий спустя молодой немецкий врач Макс Нейбургер назвал работу Вайнхольда «весьма причудливой» и предположил, что эксперименты «иллюстрируют его фантазию и наблюдения» [43]. Причина презрения Нейбургера была проста: притязания Вайнхольда находились за гранью возможного.

Несмотря на – и, откровенно говоря, из-за – такие эффектные, но сомнительные доказательства, идея о том, что электричество лежит в основе работы мозга, прижилась в научном сознании. Многие мыслители соглашались с немецким химиком и физиком Иоганном Риттером, в 1805 году пришедшим к выводу, что животные духи и животное электричество, что наблюдал Гальвани, функционально идентичны [44]. Широкая публика вскоре подхватила эти веяния, поскольку практические демонстрации гальванизма стали формой развлечения. 28 сентября 1804 года The Times объявила о лекции некоего мистера Харди, которая должна была состояться в лондонском Лицейском театре и которая, как обещали, будет включать «захватывающие действия разных конечностей препарированных животных: ползание, лягание, дерганье. Функции обоняния, кусания, жевания, глотания, питья и других произвольных движений будут вызываться в голове овцы, быка или другого крупного животного еще долгое время после отделения от тела».

Значение упомянутых выше открытий для объяснения функций нервов и мозга стало доступно массовому читателю в издании «Британской энциклопедии»[61] 1827 года. Врач Питер Марк Роже – впоследствии автор «Тезауруса»[62] – объяснил, что функция нервов имеет «большее сходство с передачей электрической энергии по проводам, чем с любым другим фактом, с которым мы знакомы в природе» [45]. Подобные представления активно распространялись в том числе благодаря набирающему обороты движению самосовершенствования, которое процветало в Соединенном Королевстве в XIX веке. В 1832 году молодая женщина по имени Элиза Шарплз[63], скандально вступившая в «моральный брак» с радикальным памфлетистом Робертом Карлайлом[64], прочитала серию лекций в его лондонском театре «Ротонда Блэкфрайерз», для которых переодевалась в различных античных и мифологических персонажей [46]. В «Седьмой беседе дамы в Ротонде», прочитанной в марте 1832 года, Шарплз объяснила аудитории, что мозг – это просто «электрический столб, заставляющий биться сердце и объясняющий все явления тела» [47].

Вероятно, самым сильным признаком того, что обычный человек знал о существовании связи между мозгом, разумом и электричеством, стало его появление в «Остатках естественной истории сотворения мира» (Vestiges of the Natural History of Creation), известной научно-популярной работе середины XIX века [48]. Эта книга, опубликованная анонимно в 1844 году, была написана шотландским писателем и геологом Робертом Чемберсом и стала международным бестселлером.

Если мозг – это батарея, то мысль может быть просто электричеством.

В разделе, посвященном мозгу, смело подчеркивается «абсолютное тождество мозга с гальванической батареей», хотя в качестве доказательства было использовано мошенническое описание Вайнхольдом его экспериментов на котенке [49]. Если мозг – это батарея, то мысль может быть просто электричеством, предположил автор «Остатков», и «если умственное действие электрическое», то его скорость можно измерить. Самые последние расчеты скорости света показали, что она равна 299 792 458 ± 1,2 м/с, и можно было предположить, что электричество, а следовательно, и умственные действия, движутся с такой же скоростью [50].

* * *

Несмотря на растущее единодушие относительно связи между нервной деятельностью и электричеством, экспериментальные доказательства этой точки зрения были удивительно слабыми. Хотя роль электричества в нервном действии и мышечном сокращении исследовалась уже полвека, никто так и не показал, что электрический ток – это единственное, что проходит по нерву, и не смог объяснить, как он может быть проведен. Французский врач Франсуа-Ахилл Лонже писал в 1842 году: «Нет прямых доказательств в поддержку гипотезы о наличии электрического тока в нервах» [51].

Трудности на пути к решающим выводам были описаны в работе итальянского физиолога Карло Маттеуччи, результаты экспериментов которого заставили его неоднократно менять свое мнение о том, существует ли связь между электричеством и нервной деятельностью.

В 1838 году Маттеуччи изучал мышечное сокращение с помощью гальванометра, который измеряет силу и направление электрического тока, и обнаружил, что работа мышцы всегда связана с электрическим потоком [52]. В течение четырех лет, столкнувшись с некоторыми неоднозначными данными, ученый изменил свое мнение, утверждая, что электричество не является причиной сокращения; последнее производится чем-то, называемым нервной силой [53].

К концу десятилетия новые экспериментальные сведения заставили Маттеуччи еще раз изменить взгляды: теперь он полагал, что «причиной этих сокращений, очевидно, является электрический феномен» [54]. Такие резкие «развороты» одного из ведущих исследователей мало способствовали уверенности в каком-либо объяснении.

Прорыв произошел в результате работы, вдохновленной одним из величайших ученых XIX века Иоганном Мюллером из Берлинского университета [55]. Естествоиспытатель особенно интересовался природой нервной деятельности и ее связями с разумом и восприятием. В свои двадцать с небольшим он заметил, что если стимулировать определенный вид нерва (скажем, нервы в сетчатке, нажимая на глазное яблоко), то стимул воспринимается не с точки зрения его физической природы (в данном случае давления), а с точки зрения чувства, которое нерв обычно передает (зрения). Мюллер назвал этот эффект «законом специфической энергии органов чувств». Он предположил, что каждый периферический нерв несет определенный вид энергии в зависимости от органа чувств, с которым связан.

Одна из причин, по которой Мюллер занял эту позицию, заключалась в том, что он не признавал идею о передаче по нервам электричества. Напротив, исследователь считал, что в организмах действует некий жизненный принцип, который поддерживает их функционирование и участвует в работе ума и порождении поведения.

Ученый Мюллер предположил, что каждый периферический нерв несет определенный вид энергии.

Подобный виталистический взгляд был типичен для европейского романтизма начала XIX века и явился одной из причин, поспособствовавших созданию «Франкенштейна» Мэри Шелли. Для Мюллера все разговоры об электричестве в организмах были просто метафорой:

«Поэтому говорить об электрическом токе в нервах – значит употреблять такое же символическое выражение, как если бы мы сравнивали действие нервного начала со светом или магнетизмом. О природе нервного начала мы так же мало знаем, как о природе света и электричества. Но с его свойствами мы знакомы почти так же хорошо, как со свойствами света и других невесомых веществ» [56].

Мюллер не только не был уверен в природе нервной деятельности, но и полагал, что высокая скорость не позволяет полностью понять ее: «Мы, вероятно, никогда не достигнем способности измерять скорость нервной деятельности, ибо у нас нет возможности сравнить ее распространение в огромном пространстве, как это было в случае со светом».

Научная карьера Мюллера была относительно коротка. Он умер в 1858 году, очевидно, совершив самоубийство в возрасте пятидесяти семи лет. Но Мюллер привлек на свое поприще замечательное количество блестящих студентов и исследователей, включая некоторых из величайших деятелей науки XIX века. Среди них были Герман фон Гельмгольц[65] и Эрнст Геккель[66], а также Рудольф Вирхов[67] и Эмиль Генрих Дюбуа-Реймон[68] [57]. Эти молодые люди, зараженные Мюллером пристрастием к применению методов и взглядов физики для изучения физиологии, стали частью давней академической традиции – студент пытается доказать неправоту своего учителя. Они отвергли витализм Мюллера в пользу последовательно материалистического подхода. Как выразились Эмиль Генрих Дюбуа-Реймон и Эрнст Брюкке в манифесте 1842 года: «В организме не действуют никакие силы, кроме сил, общих для физики и химии» [58].

В 1841 году Мюллер побудил Дюбуа-Реймона исследовать противоречивые выводы Маттеуччи о роли электричества в нервах и, если возможно, докопаться до сути нервной деятельности. К концу 1840-х годов Дюбуа-Реймон продемонстрировал, что в функционировании нервов нет ничего таинственного – их деятельность действительно основана на электричестве. Ученый показал, что по нервам протекают «токи покоя» и что ткани поляризованы. Они содержат как отрицательно, так и положительно заряженные частицы в разных пропорциях. Фундаментальной особенностью «тока покоя», утверждал он, является «отрицательное колебание» – изменение полярности приводит к течению тока. Хотя Дюбуа-Реймон ошибался во многих деталях, в 1848 году он сделал заявление, перекликавшееся со словами Франкенштейна: «Мне удалось воплотить в жизнь столетнюю мечту физика и физиолога о тождестве нервной субстанции и электричества» [59].

Не все соглашались с ученым. Почти сорок лет спустя этот спор все еще бушевал в некоторых кругах. В 1886 году в журнале Science была опубликована статья декана Гарвардской медицинской школы Генри Боудича, в которой он опроверг утверждение Дюбуа-Реймона. Одним из доказательств Боудича был хорошо известный, но неправильно понятый факт, что связанный нерв не может стимулировать мышцу, но тем не менее способен проводить электричество[69]. Ученый также указывал на то, что производство электрического заряда в нерве должно создавать тепло, но точные экспериментальные измерения не выявили такого эффекта. Боудич был уверен, что электричество тут ни при чем, и вместо этого вернулся к старым идеям, предположив, что «нервная сила передается от молекулы к молекуле посредством какого-то вибрационного воздействия, как звук по натянутой струне» [60].

Другой ученик Мюллера, Герман фон Гельмгольц, исследовал скорость нервного импульса, что, по мнению его наставника, было невозможно [61]. В 1849 году Гельмгольц изобрел устройство, состоящее из лягушачьей лапки с выключателем на одном конце. Когда мышца сокращалась, цепь разрывалась и изменение показаний гальванометра демонстрировало время, прошедшее между началом стимуляции и разрывом цепи. Простой расчет, основанный на длине нерва, позволил вычислить скорость передачи импульса. Ответ оказался на удивление медленным – ниже скорости звука и не говоря уже о скорости света, которую представлял себе Мюллер или автор «Остатков естественной истории сотворения мира». Какое бы электричество ни присутствовало в нервах, оно, казалось, вело себя иначе, чем в проводах. Чтобы подтвердить свое удивительное открытие, Гельмгольц попросил участников эксперимента подавать сигнал каждый раз, как они почувствуют слабый электрический разряд. Рассчитав расстояние от точки удара до мозга, он определил скорость действия сенсорных нервов – примерно 30 м/с. В конце концов исследователь выяснил, что двигательные нервы человека реагируют с такой же скоростью. Гельмгольц также изобрел специальный термин для описания того, что передается вдоль нерва, – «потенциал действия», который используется и по сей день.

Мы действительно живем (хотя бы немного) в прошлом и никогда не воспринимаем мир мгновенно.

Неожиданно низкие скорости создавали две проблемы. Во-первых, как понял Гельмгольц, обнаруживались последствия для восприятия, поскольку получалось, что мозг может реагировать только на события в прошлом. Гельмгольц не считал эту особенность причиной каких-либо серьезных проблем в реальном мире: «К счастью, расстояния, преодолеваемые чувственным восприятием на пути к мозгу, малы, иначе сознание сильно бы отставало от настоящего» [62]. Несмотря на беззаботную уверенность Гельмгольца, подразумевается, что мы действительно живем – хотя бы немного – в прошлом и никогда не воспринимаем мир мгновенно.

Вторая проблема оказалась более фундаментальной: требовалось объяснение, почему скорость электрической активности в нервах была намного меньше, чем в проводах. Хотя Дюбуа-Реймон и Гельмгольц показали, что нервные системы функционируют в соответствии с физическими принципами, ученые не смогли установить, как именно распространяется нервная электрическая активность.

Телеграфы, в отличие от нервов, не могли порождать ощущение и восприятие.

Для Гельмгольца, как и для многих других мыслителей XIX века, очевидной технологической метафорой нервной системы была телеграфная сеть, опоясавшая всю Европу[70]. Действительно, связи между ними были не просто образными. Ранние нейрофизиологи, включая Гельмгольца, в экспериментах по изучению нервной деятельности использовали телеграфные устройства [63]. В 1863 году Гельмгольц провел параллель и указал, что нервы, как и телеграфные провода, могут активировать всевозможные функции нервной системы:

«Нервы часто и не без основания сравнивали с телеграфными проводами… В соответствии с различными видами устройств, которыми мы снабжаем концы провода, мы можем посылать телеграфные депеши, звонить в колокола, взрывать мины, разлагать воду, перемещать магниты, намагничивать железо, распространять света и так далее. Так и с нервами» [64].

Чего телеграфы сделать не могли, в отличие от нервов, так это порождать ощущение и восприятие. Суть этого феномена была все еще неясна.

* * *

Одна из далеко идущих, но ныне забытых попыток исследовать связь между мозгом, мышлением и электричеством была предпринята Альфредом Сми, блестящим эрудитом и изобретателем.

В возрасте двадцати двух лет он получил весьма хлебную должность в качестве хирурга в Банке Англии (этот пост был создан специально для него), а в следующем году Сми избрали членом Королевского общества. У ученого был широкий круг интересов: от болезней, передаваемых тлей в картофеле (из-за этого его упомянули в пантомиме театра «Друри-лейн») до изобретения нового типа батареи. И в середине XIX века Сми использовал электричество, чтобы объяснить все о функции мозга – от чувств до памяти [65]. В книге 1849 года «Элементы электробиологии» Сми утверждал, что мозг состоит из сотен тысяч крошечных батарей, каждая из которых соединена с определенной частью тела. Он полагал, что желание – это просто выражение электрического заряда в мозге. Как только желание удовлетворено и заряд освобожден, батарее требуется некоторое время, чтобы перезарядиться и снова ощутить желание [66]. Сми даже применил свою теорию к природе ума, предположив, что идеи и сознание являются продуктом комбинаций батарей в мозге [67].

Сми был плодовитым писателем и год спустя опубликовал научно-популярную книгу под названием «Инстинкт и разум». Некоторые из его представлений кажутся удивительно провидческими. Взяв за отправную точку допущение, что «свет, стимулирующий зрительный нерв, рождает электрический ток, который проходит по нервам к мозгу», ученый предположил, что можно было бы создать искусственный глаз, объединив «несколько трубок, сообщающихся фотоэлектрическими цепями». Все, что нужно было сделать, – повторять эти структуры снова и снова, и «нет никаких причин, почему вид на собор Святого Павла в Лондоне не может быть перенесен в Эдинбург по трубам, подобно нервам, передающим впечатление мозгу» [68]. Аналогичный подход был возможен и к другим органам чувств, говорил Сми. Если ощущения имеют электрическую природу, то можно было бы построить устройства, способные их имитировать.

Сми построил сложную схему того, как нервы мышц и нервы органов чувств сходятся в центральной «батарее» мозга, и изобразил замысловатую сеть взаимодействий сенсорных нервов.

Схема Сми мозга животных и человека

Такая структура, по мнению ученого, способна объяснить, как «идея гнезда может быть внедрена в птицу, сот – в осу или пчелу, а паутины – в паука». «…И исходя из данного предположения, – заключал Сми, – мы получаем исчерпывающее объяснение инстинктивных операций». Эти прочные, врожденные связи были способом представить инстинктивное поведение, «предустановленное» в мозге животного. Люди, более сложные существа, требовали двух дополнительных слоев комбинации нервов, которые позволили бы «общему закону» проявиться в совокупности простых выражений: «Человек состоит из множества гальванических элементов, расположенных так, чтобы образовать единое целое». Мозги и тела работали по одним и тем же общим принципам, аналогичным самой передовой технологии того времени:

«Работа нервной системы в организме животного устроена подобно электротелеграфной связи. То, что мы видим, чувствуем или слышим, телеграфируется в мозг… и, поскольку все предыдущие идеи включены в цепь, акт детерминации происходит мгновенно».

Несмотря на современное звучание этого высказывания, попытка Сми раскрыть принципы человеческого разума с помощью теории батарей не содержала в себе ничего сверх того, что было открыто философами и исследователями предыдущих столетий. Вероятно, поэтому его взгляды были охарактеризованы одним критиком как «глупые», а другим – как «грубые, нефилософские и не подкрепленные фактами» [69]. Критика жалила самолюбие: позже Сми сетовал, что его книги подверглись «неизмеримым оскорблениям» со стороны определенных кругов [70].

Ученый Сми пытался создать машину, которая могла бы думать.

В 1851 году Сми описал устройство, основанное на том факте, что «каждая идея или воздействие на мозг в конечном счете сводится к воздействию на определенную комбинацию нервных волокон». Он пытался создать машину, которая могла бы думать. Первоначально разработав примитивный шифр для представления различных понятий или слов, Сми объявил, что все это относительно просто:

«Пользуясь знанием данных принципов, я пришел к мысли, что можно было бы создать механические приспособления, подчиняющиеся подобным законам и дающие те же результаты, которых возможно достичь, как кое-кто полагает, только благодаря действию самого разума».

Хотя Сми представил схему части такой машины, состоящей из ряда металлических пластин, соединенных шарнирами, и даже утверждал, что сделал несколько прототипов («передо мной, пока я пишу, семь или восемь разновидностей этих приспособлений»), неясно, как они должны были работать. Разъяснений Сми фактически не давал, кроме того, что устройство требовало «движения для производства другие движений» и включало некий новый принцип, который нельзя было наблюдать ни в одной из машин Лондона. Что касается представления в придуманном им аппарате полной работы человеческого мозга, Сми считал, что это было бы невозможно:

«Когда мы рассматриваем машину огромной величины, достаточно большой, чтобы вместить в себя все слова и последовательности, то сразу же замечаем абсолютную невозможность приспособить ее для практических целей, поскольку она занимала бы площадь, превышающую, вероятно, территорию всего Лондона, и сама попытка сдвинуть соответствующие части механизма друг на друга неизбежно привела бы к его разрушению».

Поэтому исследователь сосредоточился на двух компонентах предполагаемого устройства. Первый из них Сми назвал реляционной машиной. Она будет воспроизводить предопределенную реакцию на заданный стимул и, следовательно, может быть использована для математических вычислений. Сми утверждал: «Этот механизм дает аналогичное представление о естественном процессе мышления, настолько совершенное, насколько можно ожидать от человеческого изобретения». Изображение реляционной машины было опубликовано в 1875 году. Оно показывает сложную веерообразную иерархическую структуру, но нет никаких указаний на то, как она может работать. Второй компонент общего механизма, еще более загадочный, назывался дифференциальной машиной. Она «иллюстрировала бы законы суждения» через систему булавок разного размера, что позволило бы аппарату дать один из четырех ответов (да/вероятно/возможно/нет) на потенциальное существование связи между тем, что Сми называл набором фактов или принципов.

Свои рассуждения ученый завершал весьма решительными словами, которые, похоже, подразумевают, что он являлся предшественником современных попыток заставить машину имитировать мысль:

«Используя реляционную и дифференциальную машины одновременно, мы имеем возможность получить представление о любых фактах или прийти к любому заключению, на которое только способен разум. Из некоего конкретного числа предпосылок путем процесса, имитирующего (насколько это возможно) естественное мышление, может быть получен правильный ответ».

Таинственная реляционная машина Сми

Примечательно, что труды Сми не содержат никаких упоминаний или даже намека на более ранние попытки Чарльза Бэббиджа[71] построить механические вычислители: сначала разностную[72] (1820-е годы), а затем аналитическую машину (1830-е годы). Эти устройства имели гораздо более ограниченные возможности, но сходство с поздними работами Сми кажется очевидным. Бэббидж был еще очень активен в то время, когда Сми работал над своими проектами, и оба они были членами Королевского общества, но нет никаких свидетельств, что они когда-либо встречались.

Существенные ограничения идей Сми проявляются в том, что, хотя он утверждал, будто его первоначальная концепция функционирования мозга полностью основана на электричестве, орган мог бы также работать на основе гидравлической энергии, как статуи Декарта. Несмотря на то что ученый использовал аналогию с телеграфом и фотоэлектрическими элементами для описания работы нервной системы, это не имело никаких последствий для его модели и не давало ни малейшего понимания функций мозга. И, когда дело дошло до того, чтобы действительно построить машину для представления своего видения, с языка батарей и электричества он перешел на язык петель и металла. Изобретения Сми, которые, как он утверждал, служили репрезентациями мозга и мышления, оставались чисто механическими.

Ученый Сми предполагал, что мозг, разум и электрическая активность тесно взаимосвязаны.

Хотя Сми сейчас забыт всеми, кроме горстки историков, и не оказал никакого влияния на понимание функций мозга или даже на историю вычислительной техники, его смелое стремление привнести мысль в деятельность машины было замечательным [71]. Он предположил, что мозг, разум и электрическая активность тесно взаимосвязаны. И, преисполненный уверенности в себе, думал, что если мозг – это мыслящая материя, то машина тоже может мыслить или по крайней мере функционировать похожим образом, что и мозг. Подход Сми был заведомо ошибочным не только потому, что технологии того времени прискорбно не сумели бы справиться с поставленной задачей. Но и потому, что ученый, казалось, не подозревал, что некоторые из сотен тысяч батарей, которые, как он полагал, составляют мозг, могут иметь специфические функции и сопутствующие специализированные структуры.

В концепции Сми не было никакой локализации функций внутри мозга[73]. И все же к середине XIX века идея о том, что структура мозга связана с функцией, да и вообще человеческой личностью, глубоко укоренилась в воображении общественности.

4

Функция. XIX век

Летом 1850 года образовательный клуб коммунистических рабочих Лондона устроил пикник либо в Хэмптон-Корте, либо в Королевских ботанических садах Кью – воспоминания расходятся. Одним из гостей был двадцатичетырехлетний Вильгельм Либкнехт, немецкий социалист, недавно высланный из Швейцарии за революционную деятельность. Там был и Карл Маркс, знаковая фигура коммунистического движения. Тогда двое мужчин и познакомились. Либкнехт вспоминал, что тридцатидвухлетний Маркс «экзаменовал его вопросами, но также и обследовал пальцами, заставляя их плясать над черепом [Либкнехта], как настоящий знаток» [1]. Как многие европейцы и американцы XIX века, Маркс был убежден, что личность индивида можно определить, ощупывая выпуклости на его голове.

На другом политическом полюсе королева Виктория тоже верила в этот вздор и дважды приглашала ведущего специалиста по изучению черепов для обследования своих детей [2].

Данная идея, известная как френология («изучение ума»), фигурирует в таких романах, как «Джейн Эйр» Шарлотты Бронте и «Отец Горио» Оноре де Бальзака, а также в рассказах Артура Конан Дойля о Шерлоке Холмсе. Мориарти при первой встрече с Холмсом отпускает в его адрес презрительное френологическое замечание [3]. Практически все культурные деятели англоязычного мира XIX века, от Марка Твена до Джорджа Элиота, в тот или иной момент попадали под влияние френологии[74]. В континентальной Европе ведущие мыслители, в рядах которых был и французский основатель социологии Огюст Конт, приняли новый взгляд на мозг и поведение [4]. В одной лишь Великобритании популярные книги по френологии распродавались сотнями тысяч экземпляров. Несмотря на то, что теория была полнейшей псевдонаучной чепухой.

Первоначально известная как краниоскопия, френология была детищем венского врача-анатома Франца Галля [5]. В 1790-х годах он выдвинул идею о том, что человеческое поведение и личность можно разделить на ряд умственных способностей, каждая из которых порождается определенным участком мозга, и можно определить их относительный размер, ощупывая форму черепа. В 1800 году Галль познакомился с Иоганном Шпурцгеймом, врачом на восемнадцать лет моложе его, принявшим френологические идеи. В течение следующих десяти лет или около того, согласно воспоминаниям Галля, пара гастролировала по Европе, представляя свои идеи «государям, министрам, интеллектуалам, управленцам и всевозможным художникам» [6]. Консервативные силы относились к их выступлениям со скептицизмом, а иногда и откровенно были против: император Священной Римской империи и католическая церковь осудили френологию. В 1807 году Галль поселился в Париже, где его присутствие было весьма неохотно принято Наполеоном. Хотя Галль вскоре нашел последователей среди высших слоев общества, французская академическая элита его так и не приняла. Его попытки вступить в Академию наук неоднократно отвергались, и Галль все же не получил интеллектуального признания, которого так жаждал [7].

Несмотря на то что френология была, несомненно, лженаучной теорией, она имела большое значение, потому что основывалась на трех открытиях, до сих пор во многом определяющих понимание связи между мозгом, разумом и поведением.

Во-первых, френология была сосредоточена на мозге. «Мозг является органом всех ощущений и всех произвольных движений», – говорил Галль [8].

Во-вторых, он предполагал, что существует локализация функций: различные области мозга отвечают за конкретные аспекты мышления и поведения. Наконец, Галль объяснил, что люди разделяют с животными большую часть психологических способностей и обеспечивающих их органов. Только восемь из двадцати семи способностей были отмечены Галлем как исключительно человеческие: мудрость, поэзия и тому подобное. Галль утверждал, что сравнительный подход позволил ему открыть «законы организма», хотя связь между поведением животных и людей иногда прослеживалась слабо. Например, способность гордиться считалась идентичной склонности горных козлов, птиц и др. обитать на высоте [9].

Карл Маркс был убежден, что личность индивида можно определить, ощупывая выпуклости на его голове.

Поиск биологических принципов путем сравнения различных видов оказался очень мощным научным методом, но френология Галля не использовала эволюционный подход – анатом лишь предположил, что однотипные структуры имеют сходные функции.

Идея Галля не была полностью оригинальной: многие из психологических способностей, выявленных им, можно было обнаружить в работах шотландских мыслителей XVIII века – Томаса Рида и Дугалда Стюарта[75]. А в 1770-х годах старое убеждение, что черты лица многое говорят о качествах личности, швейцарский пастор Иоганн Лафатер назвал физиогномикой [10]. Галль соединил и преобразовал все упомянутые теории, используя собственные анатомические знания, полученые в ходе измерений более 300 собранных им человеческих черепов.

Ученый Галль считал способность гордиться идентичной склонности птиц обитать на высоте.

В 1815 году Шпурцгейм и Галль поссорились, и ученик опубликовал свою версию френологической концепции. На первый взгляд различия казались тривиальными: Шпурцгейм описал восемь дополнительных областей мозга и связанные с ними способности, а также ввел другой набор психологических терминов [11]. Но спор между двумя исследователями был гораздо глубже: в своей версии френологии Шпурцгейм сосредоточился исключительно на людях, резко изменив социальное значение этой теории. Галль утверждал, что способности являются врожденными и устойчивыми и что, если они выражены в избытке, многие из них могут привести к аморальному поведению, например к проявлениям похоти, агрессии или лживости, тем самым подчеркивая необходимость религии и наказания как способов держать людские пороки в узде [12]. По Шпурцгейму, напротив, «все способности сами по себе хороши и даны для спасительной цели». Аморальное или преступное поведение является просто следствием опыта. Образование могло изменить размер участков мозга и, следовательно, поведение (как подобные изменения можно было проконтролировать и ощутить сквозь твердый череп, никогда не объяснялось) [13]. Более позитивный, даже терапевтический взгляд Шпурцгейма на взаимосвязь мозга, разума и поведения начал захватывать воображение общественности в Европе и США. По мере того, как Галль понемногу отходил от дел (он умер в 1828 году в возрасте семидесяти лет), версия френологии Шпурцгейма одерживала верх.

В Великобритании ее успех отчасти объяснялся неустанной деятельностью шотландского юриста Джорджа Комба. Он не только помог создать первое британское френологическое общество (в Эдинбурге), но и написал большое количество бестселлеров, статей и брошюр, излагающих его версию френологии, сосредоточенную на самосовершенствовании [14]. Начиная с 1820-х годов френологические общества стали возникать по всей стране. Сперва группы состояли в основном из профессионалов и интеллектуалов, но постепенно они начали взаимодействовать с институтами механиков и литературно-философскими обществами. Последние были характерным явлением для растущих промышленных городов и имели целью «самосовершенствовать» рабочий класс. Комб и френологи не были революционерами, но власть имущих двойные принципы материализма и самосовершенствования пугали радикальными последствиями. Это не помешало некоторым религиозным лидерам принять френологию: в 1830-х годах Ричард Уэйтли, архиепископ Дублинский англиканской церкви Ирландии, утверждал, что он «так же уверен в истинности френологии, как в том, что солнце находится на небе» [15].

Аналогичный процесс происходил и по другую сторону Ла-Манша. Наполеон I в конце концов запретил труды Галля, но после основания более либеральной монархии в 1830 году некоторые ведущие врачи перешли на сторону френологической теории, и король Луи Филипп проявил интерес к столь популярной теме [16]. Как и среди англичан, во Франции обнаруживался широкий спрос на те версии френологии, что акцентировались на самосовершенствовании. Однако интеллектуалы и врачи никогда не были полностью согласны с концепцией Галля. Одним из первых критиков френологии выступил немецкий философ Георг Гегель, который в 1807 году отверг новую причуду. Шишки и неровности на черепе убийцы не могли по-настоящему раскрыть его преступную природу, сказал мыслитель, не только потому, что черепа имеют так много различных шишек, но и вследствие того, что человеческое поведение, включая убийство, является сложным феноменом. Один убийца не походит на другого ни мотивами, ни поступками [17]. К идеям Галля скептически относился и Наполеон:

«Полюбуйтесь на глупость Галля! Он приписывает некоторым шишкам на черепе склонности и злодеяния, которых не существует в природе и которые в действительности проистекают из самого общества и из человеческих условностей. Что бы значила какая-то там выпуклость на голове, если бы не существовало понятия собственности? Или на что бы сдалась шишка, „отвечающая” за склонность к пьянству, если б не придумали перебродившей выпивки; или „выпуклость честолюбия”, если не существовало бы самого общества?» [18]

Более содержательная и в основном научная критика исходила от Питера Роже, написавшего в 1820-х годах серию статей по френологии для Британской энциклопедии, некоторые позже были опубликованы в виде брошюр. Роже насмехался над теорией Галля и называл ее «метафизическим лабиринтом из тридцати трех специальных способностей, в которых анализировали человеческую душу». Исследователь отвергал предположение френологов о том, что повреждение мозга влечет за собой изменения умственных способностей. «Можно привести в пример бесчисленное количество случаев, прямо противоречащих заявленному принципу», – утверждал он [19]. Хотя Роже признавал, что мозг является «органом разума», он подчеркивал, что «нет прямых доказательств обязательного наличия какой-либо области мозга, жизненно необходимой для функционирования разума». Это было особенно верно в отношении людей с психическими заболеваниями: «Самые точные вскрытия ничего не сказали нам о локализации умопомешательства». Роже также оспорил фундаментальную гипотезу Галля и Шпурцгейма о том, что с помощью изучения черепа можно понять форму мозга. Ученый указал на довольно очевидную проблему, заключающуюся в том, что костный череп в некоторых областях толще, чем в других, и что он покрыт мышцами и кожей, которые затрудняют точное измерение его формы. Взгляды Роже активно разделяла новая порода интеллектуалов – ученые[76]. При личном общении они могли бы быть еще более откровенными. А 1845 году кембриджский профессор геологии Адам Седжвик написал письмо своему коллеге Чарлзу Лайелю[77], охарактеризовав френологию как «воронку человеческой глупости, чепуху и пустословие» [20].

Неровности на черепе убийцы не могли раскрыть его преступную природу.

С конца 1840-х годов френология как социальная сила начала ослабевать[78]. Лондонское френологическое общество распалось в 1846 году, и даже Джордж Комб в конце концов перестал писать на эту тему [21]. Во Франции робкие отдельные изменения, за которые ратовали многие френологи, казались совершенно неадекватными, когда волна революций, прокатившаяся по континенту в 1848 году, обрушилась на страну. Призрак, по выражению Маркса и Энгельса, бродивший по Европе, – коммунизм – предлагал более радикальные решения индивидуальных и социальных проблем, чем самосовершенствование в сочетании с ощупыванием шишек на голове.

* * *

С точки зрения академического сообщества френология потерпела неудачу из-за главного арбитра научной мысли – доказательств. Какой бы красивой, логичной, соблазнительной или модной ни была теория, ее в конце концов отвергнут, если не будет получено экспериментальных данных. В случае с френологией мощные контраргументы появились в виде серии исследований французского врача Мари-Жан-Пьера Флуранса. Родившийся в 1794 году, он быстро поднялся по карьерной лестнице Французской академии наук. Будучи протеже великого натуралиста Жоржа Кювье, Флуранс обрел членство не только Академии наук, но и престижного литературного органа – Французской академии. Контраст с неудачей Галля в попытке получить признание на второй родине не мог быть более разительным.

Голубь, у которого был поражен мозжечок, вел себя как пьяный.

Флуранс провел ряд испытаний на различных животных, удаляя определенные части мозга подопытных и наблюдая за их последующим поведением. Галль критиковал данный подход, заявляя о невозможности удалить конкретную область мозга с достаточной точностью, чтобы быть уверенным, что поражена только она. Флуранс сознавал эту опасность, но, по замечанию историка Роберта Янга[79], его метод в основном состоял в том, что Флуранс «удалил некоторую часть, и животное перестало делать что-то, следовательно, удаленная часть должна быть местом способности к данной функции» [22].

В течение двух десятилетий Флуранс проводил опыты на удручающе широком спектре птиц, рептилий и амфибий, а также на нескольких млекопитающих. Одно из его самых ярких экспериментальных открытий было связано с продолговатым мозгом, структурой, общей для всех позвоночных, которая находится в самой верхней части спинного мозга и является частью мозгового ствола. Флуранс обнаружил, что повреждение этой структуры влияет на дыхание и сердцебиение – по-видимому, она представляет собой центр фундаментальной физиологии жизни. Когда ученый повредил следующую структуру в основании задней части мозга – мозжечок, то обнаружил, что у животных нарушается двигательная координация. Он сообщил, что голубь, у которого был поражен мозжечок, вел себя как пьяный [23].

Верхние слои мозга, мозговые полушария, давали совершенно иной результат. При удалении полушарий животные становились совершенно неспособными реагировать на раздражители. Лягушка могла прожить так до четырех месяцев, но «в состоянии полного отупления… она не слышала, не видела и больше не подавала признаков воли или разума». Флуранс сделал вывод, что операция привела к «потере всякого восприятия и общего интеллекта, а также всех частных форм разума, которые определяют уникальное поведение различных видов», включая людей.

Флуранс не соглашался с тем, что существует большое число психологических способностей – он привел все аспекты интеллекта и воли к одному знаменателю, – и отказался признать какие-либо специфические анатомические образования в коре головного мозга. По мнению ученого, «одним из наиболее важных его наблюдений» было то, что кора головного мозга – «местопребывание интеллекта» – являлась единой структурой:

«Восприятие всех ощущений, вся воля, все интеллектуальные способности не просто находятся исключительно в этом органе, но занимают одно и то же пространство. Как только какая-либо из способностей исчезает в результате поражения коры головного мозга, все они исчезают. Как только одна из них возвращается путем исцеления этой области, все способности также возвращаются».

В 1842 году Флуранс написал целую книгу, в которой обличал френологию и особенно Галля, умершего четырнадцать лет назад. Флуранс оправдывал свое место в центре французского научного общества тем, что атаковал Галля не только экспериментальными находками, но и ссылками на эталонное воплощение французской философской мысли, Декарта, которому и была посвящена сама книга. Исследования Флуранса предполагали, что разум, как утверждал Декарт, исходя из философских предпосылок, является единым целым. Флуранс обнаружил, что у животных и у людей многие из высших поведенческих функций, связанных с разумом и восприятием, не сильно локализованы, как считал Галль, а, наоборот, широко распределены в коре головного мозга. Локализация применялась только к основным физиологическим функциям или к тем, которые связаны с координацией движений. Данные изучения инсультов, например, показали, что если правое полушарие мозга было повреждено, то пациент страдал от полного или частичного паралича левой стороны тела. Но данный вид контралатеральных[80] двигательных нарушений был относительно тривиальным по сравнению с глубочайшими тайнами человеческой психики. Разум, как оказалось, был рассредоточен по всей коре головного мозга.

Мозг образует не что иное, как единую систему со своими специфическими физиологическими функциями.

Галль заявлял, что каждый участок мозга производит собственный вид умственного действия – по-французски это называется action propre[81] [24]. Для Флуранса бо́льшая часть того, что делает мозг, представлялась скоординированным общемозговым действием (action commune[82]), которое включало влияние «каждого на все и всего на каждое». Мозг в целом, даже если и содержит области со специфическими физиологическими функциями, образует «не что иное, как единую систему», утверждал ученый [25].

Флуранс невольно положил начало серьезной и длительной дискуссии между теми, кто полагал, что мозг функционирует как единое целое, и теми, кто усматривал в нем обособленные области, которые производят конкретную умственную деятельность.

Для Флуранса локализация была характерна только для самых простых, физиологических или двигательных форм поведения. Все, что было связано с высшей психической деятельностью, составляло единое целое и так или иначе было представлено во всем мозге.

* * *

Первый удар по этой точке зрения был нанесен изучением языка. Френология Галля строилась на его юношеском убеждении, что дети с выпученными глазами лучше всего учат стихи наизусть. Соответственно, он полагал, что предрасположенность к языку, наряду с другими способностями, связанными с памятью, находится в передней области мозга, прямо за глазами. В 1825 году молодой французский врач Жан-Батист Буйо представил доклад в Королевской медицинской академии в Париже, в котором критиковал Флуранса за то, что тот не признавал идею локализации функций в мозге. Согласно Буйо, ряд патологических случаев показал, что мозг содержит орган, отвечающий за речь, которая отличается как от вербального понимания, так и от вербальной памяти. Буйо, открыто выступавший в защиту френологии, заключил, что истории болезни десятков пациентов доказали правоту Галля и подтвердили местонахождение органа речи в переднем отделе мозга. Посмертные исследования пациентов, которые не могли говорить, но сохраняли способность понимать и запоминать слова, всегда выявляли повреждения лобных долей мозга, утверждал Буйо [26].

Поначалу взгляды Буйо не снискали широкого одобрения. Во-первых, из-за явной связи с уже дискредитировашей себя френологией, а во-вторых, по причине значимости доказательной базы, собранной Флурансом. В 1840 году Габриэль Андраль[83] описал четырнадцать случаев потери речи у пациентов, при посмертном вскрытии тел которых не обнаружили повреждений лобных долей. Кроме того, многие больные с травмой лобных долей могли говорить вполне нормально. Андраль пришел к выводу, что «по меньшей мере преждевременно» предполагать, будто определенные части мозга участвуют в порождении речи [27]. Эти открытия мало повлияли на Буйо, который был настолько уверен в своей идее, что пообещал заплать 500 франков любому, кто сможет найти хотя бы одного пациента с повреждением лобных долей, но без признаков нарушения речи (в конце концов он все-таки выплатил обещанное вознаграждение в 1865 году) [28].

В 1861 году в Парижском антропологическом обществе были дискусии по поводу соотношения размера мозга и умственных возможностей.

В феврале 1861 года Парижское антропологическое общество провело серию дискуссий о соотношении размера мозга и умственных способностей. Французский хирург Поль Брока полагал, что между этими характеристиками существует четкая связь, и указывал на потенциальные различия между мужчинами и женщинами и между расами [29]. Гипотеза Брока продолжала идеи, выдвинутые в 1839 году американским врачом Сэмюэлем Мортоном[84], который проводил измерения черепа у представителей различных этнических групп для определения вместимости черепной коробки. Полученные данные, по мнению Мортона, коррелировали с предполагаемыми различиями в мыслительных способностях. Исследователь не удивился, обнаружив, что европеоиды интеллектуально превосходили другие «расы», и это отражалось на размерах их черепов[85].

Против Брока в этих дебатах выступал французский зоолог Луи-Пьер Грациоле, использовавший методы сравнительной анатомии, чтобы выделить в мозге пять долей, соответствующих костям, которые их покрывали: лобную, теменную, височную и затылочную. Это классификация используется до сих пор. Ученый также заключил, что в рамках одного биологического вида структурная организация мозговых извилин похожа и предсказуема [30]. Грациоле утверждал, что разум и мозг неразделимы, локализации функций не существует, как не существует и простой связи между размером мозга и интеллектом.

Отвечая Грациоле, зять Буйо, врач Эрнест Обюртен, представил несколько поразительных доказательств локализации на примере парижского пациента, который пытался застрелиться из пистолета. Лобные доли мозга незадачливого самоубийцы были обнажены выстрелом, и в процессе лечения (в итоге не увенчавшегося успехом) Обюртен провел ужасный эксперимент, который напомнил исследование свиней Галеном 1700 лет назад:

«Пока больной говорил, я слегка надавливал плоским концом большой лопатки на его лобные доли, и они мягко сжимались. Речь пациента немедленно прекращалась; слово, которое он начинал произносить, обрывалось. Как только сжатие прекратилось, способность говорить вернулась. Сжатие, предпринятое с большой осторожностью, не оказало никакого влияния на общую функцию мозга данного пациента. Единственной способностью, которая была на время потеряна, ограниченная лобными долями, была речь» [31].

Это наводило на мысль, что Буйо был прав и что передняя область мозга действительно необходима для порождения речи.

Через два месяца случайное событие предоставило Полю Брока возможность проверить свою идею. На заседании Антропологического общества, которое прошло в апреле 1861 года, он продемонстрировал коллегам мозг недавно умершего 51-летнего мужчины, который в течение двадцати одного года не мог говорить. Единственным звуком, который он издавал, было повторяющееся «тан, тан». В больнице, где бедолага пролежал более двух десятилетий, его так и прозвали – Тан.

Тан, чье настоящее имя было Луи Леборн, всю жизнь страдал эпилепсией, но был в состоянии нормально работать, пока вдруг в возрасте тридцати лет не лишился дара речи [32]. Хотя при поступлении в больницу мужчину описали как здорового и умного, у него постепенно развился паралич правой стороны тела, и его взгляд померк. Леборна с тяжелым случаем гангрены госпитализировали в хирургическое отделение Брока 12 апреля 1861 года – это был момент их знакомства. Хотя Леборн не мог ни говорить, ни писать, он определял время и передавал цифры, щелкая пальцами. У Брока сложилось впечатление, что больной был умнее, чем можно было судить по его непособности отвечать вербально. Через пять дней бедный Леборн умер. Вскрытие показало ряд повреждений левой лобной доли мозга. Брока заключил: «Все заставляет меня полагать, что в данном случае причиной потери речи было поражение лобной доли» [33].

Один мужчина на протяжении двадцати одного года не мог говорить из-за поражения лобной доли.

Вскоре Брока опубликовал более подробное описание своих взглядов, в котором связал случай Леборна и идеи Буйо относительно локализации речи в лобных долях [34]. Он также представил подробный анатомический отчет о мозге Леборна, проводя параллели между постепенной потерей функций и разрастанием зоны поражения и усиливая мысль о том, что некоторые способности все-таки локализованы в мозге. Хотя Брока настаивал, что не пытается возродить френологию Галля и сделать ее наукой, терминология, которую он использовал, была полностью френологической. Ученый утверждал, что исследует речевую способность и лежащий в ее основе орган в мозге.

Через несколько месяцев к Брока направили второго пациента, на этот раз со сломанным бедром. Больной, месье Лелон, пять месяцев назад утратил способность говорить и мог произнести только несколько слов, включая «лело» – это была попытка назвать собственную фамилию. Примерно через две недели после госпитализации он умер. Вскрытие показало повреждение в левой лобной доле, как и у Леборна [35]. Брока сообщил, что чувствует «изумление, граничащее с оцепенением», когда сделал это открытие. Тем не менее он предпочел поместить свою работу в контекст теории Буйо, подразумевавшей, что вся лобная доля участвует в порождении речи. То, что у обоих пациентов обнаружилось одно и то же локальное поражение в левой лобной доле мозга, было чистым совпадением, утверждал Брока [36].

Он начал терять бдительность, когда собрал восемь случаев потери речи, или афазии, каждый из которых был связан с повреждением одной и той же очень специфической области в левой лобной доле. В апреле 1863 года Брока представил документ, описывающий имевшиеся результаты, однако был еще достаточно осторожным, указывая на доминирование антилокализационистских идей Флуранса в то время:

«Здесь мы имеем восемь случаев, когда поражение располагается в задней трети третьей лобной извилины. Эта цифра кажется достаточно большой, чтобы дать повод для некоторых предположений. И, что весьма примечательно, у всех пациентов поражение обнаружилось в левой стороне. Не смею делать каких-либо выводов и жду новых открытий» [37].

Как только Брока опубликовал это, он оказался втянут в ожесточенный спор о первенстве открытия с неким Гюставом Даксом, врачом из Монпелье. Последний утверждал, что в начале века его отец Марк Дакс наблюдал более сорока случаев, в которых потеря речи была связана с поражением левой лобной доли. Дакс-младший заявил, что его отец представил полученные данные на медицинской конференции в Монпелье в 1836 году, но никаких доказательств этому так и не нашлось. В марте 1863 года Гюстав Дакс представил в Академию наук две работы: одна была написана его отцом в 1836 году, другая основывалась на его собственных наблюдениях, иллюстрирующих, что поражения левой лобной доли связаны с нарушениями речи [38].

Кажется очевидным, что Брока не знал об открытии Даксов – père et fils (отца и сына) – и пришел бы к неизбежному выводу, что за речь в мозге человека отвечает левая лобная доля (ныне известная как область Брока) даже если бы никогда не видел указанных работ. Когда статья Дакса наконец появилась в апреле 1865 года, она стала мощным потверждением исследованиям Брока. Хотя анатомические данные Дакса-младшего были менее точны, чем у Брока, он собрал огромный массив информации в поддержку своей гипотезы о функциональной локализации речи. Повторно проанализировав ряд тематических исследований, включая те, которые использовал Буйо, Дакс описал 140 примеров. Восемьдесят семь из них показали поражение левой лобной доли и потерю речи, в то время как пятьдесят три продемонстрировали поражение правой лобной доли и отсутствие потери речи. «Обнаружен орган мозга, отвечающий за речь», – сделал вывод Дакс [39].

Потрясенный притязаниями Даксов на первенство в этой сфере, Брока опубликовал длинную статью, в которой показал, что их работа никак не повлияла на его собственные идеи, и предоставил новые доказательства для укрепления своей репутации – именно те факты, которые, как он утверждал, были необходимы два года назад. Исследователь описал, как пациенты, страдавшие от паралича правой стороны тела, что указывало на поражение левого полушария мозга, как правило, испытывали трудности с речью. Не было нарушения ни моторики рта или горла, ни способности понимать язык. Дисфункция касалась только производства речи.

Намек на то, что существует определенная область мозга, только с одной его стороны, которая отвечает за очень специфическую способность, поставил Брока перед серьезной проблемой. С анатомической точки зрения два полушария мозга выглядели совершенно одинаково, и было хорошо известно, что парные или симметричные органы выполняют идентичные функции. Хотя не было никаких заметных анатомических различий между правым и левым полушариями, Брока указал, что с точки зрения развития они не являются строго идентичными. У эмбриона левая сторона мозга развивается раньше, чем правая, что, возможно, указывает на различия в функциях. Кроме того, большинство людей – правши, причиной чего, вероятно, является раннее развитие левого полушария мозга. Брока считал, что и другие участки мозга могут быть задействованы в речевой деятельности и что, в принципе, можно восстановить некоторые функции путем тренировки. Как всегда осторожный, Брока завершил свои рассуждения указанием на то, что все вышеизложенное «не означает существования функционального несоответствия между половинами мозга» [40].

При поражении левого полушария мозга могут возникнуть трудности с речью.

Сложность открытия Брока вскоре выявил молодой немецкий врач Карл Вернике. В 1874 году он описал пациентку, которая, хотя и путано, могла говорить, но не понимала речь. «Пациентка не могла понять абсолютно ничего из того, что слышала», – сообщил он [41]. Вернике пришел к выводу, что «крайне маловероятно», чтобы вся способность к языку была расположена в области лобной доли, идентифицированной Брока. Ученый утверждал, что центр Брока отвечает за производство речи, в то время как другие области, включая участок в заднем отделе первой височной извилины (ныне зона Вернике), были вовлечены в понимание речи. Карл Вернике не просто нашел еще один компонент речи в другой области.

Он утверждал, что вопприятие и понимание языка в целом сильно распределено [42].

Часть проблемы в поиске более четких доказательств локализации речи была выявлена в 1863 году хирургом из Бреста, профессором Анжем Дювалем. Перечислив ряд случаев, подтверждающих локализацию речи в левом полушарии, Дюваль подчеркнул методологическую проблему, с которой сталкиваются все:

«Эти факты достаточно многочисленны, чтобы служить косвенным доказательством, но в физиологии мы предпочитаем прямые доказательства, полученные в ходе опытов на животных. Но животных нельзя использовать для изучения функции, которой у них нет. Поэтому мы должны ждать несчастных случаев, чтобы наблюдать у человека повреждения мозга, аналогичные тем, которые мы могли бы в противном случае попытаться произвести путем вивисекции» [43].

Моральные сомнения Дюваля делают ему честь, и все же еще до конца десятилетия ученые убедились в локализации функций в мозге не на основе повреждений, вызванных несчастным случаем или болезнью, а отчасти в результате чудовищного и скандального эксперимента на человеке.

* * *

Двадцать шестого января 1874 года тридцатилетняя Мэри Рафферти была госпитализирована в больницу Доброго самаритянина в Цинциннати. Мэри была хрупкой женщиной, работавшей домашней прислугой. В течение некоторого времени она страдала от ужасной язвы на голове, которая медленно разъедала части ее черепа, обнажая мозг под ним. Несмотря на свое состояние, Мэри была жизнерадостна и добродушна, но началась инфекция, и в мире, где не было антибиотиков, прогноз был вовсе не радужным. Женщину осмотрел профессор Робертс Бартолоу, сорокадвухлетний хирург, который объяснил, что хотел бы выполнить одну процедуру. Получив, по-видимому, согласие Мэри, Бартолоу ввел два тонких электрода прямо под открытую поверхность левого полушария ее мозга, а затем включил генератор, который производил очень слабый электрический ток.

Результат был впечатляющим: правая рука и нога Мэри согнулись и дернулись вперед, а пальцы вытянулись. Когда Бартолоу вставил электроды в заднюю часть мозга Мэри, ее глаза дернулись, зрачки расширились, и пациентка описала «очень сильное и неприятное ощущение покалывания» в правой ноге и руке. В отчете Бартолоу продолжал: «Несмотря на очевидную боль, от которой страдала Мэри, женщина улыбалась, как будто ее это очень забавляло». Неустрашимый хирург продолжил свой эксперимент и вставил электроды в другую часть мозга. Продолжение эксперимента выглядело тревожно – «на лице ее отразилось сильное страдание, и она начала плакать», – но Бартолоу не прекратил опыт, пока у бедной женщины не случился припадок и она не потеряла сознание. Через двадцать минут Мэри пришла в себя, жалуясь на слабость и головокружение. Бартолоу продолжил, повторяя электрическую стимуляцию. Это производило такие же неутешительные эффекты и не помогало. Через два дня Мэри снова привели в кабинет к Бартолоу.

В XIX веке ученые ставили чудовищные эксперименты на человеке ради изучения мозга.

Хирург опять ввел электроды в мозг женщины, на этот раз используя постоянный ток, вырабатываемый шестьюдесятью батарейками в стеклянных банках, размещенных во внушительном деревянном шкафу. Эксперимент вскоре был прекращен, так как Мэри побледнела и посинела. Она жаловалась на головокружение, а правую сторону ее тела сжало спазмом. Очевидно, обеспокоенный состоянием пациентки, Бартолоу попросил ассистентку дать ей хлороформ, чтобы облегчить боль. На следующий день Мэри не смогла встать с постели. Вечером у нее случился припадок, который привел к полному параличу правой стороны тела. Через некоторое время она умерла. Бартолоу не сообщил точную дату смерти.

Несколько недель спустя, в апреле 1874 года, Бартолоу опубликовал краткий отчет об эксперименте. Статья сразу же вызвала бурю не только из-за своего драматического содержания, но и из-за явно неэтичного способа проведения эксперимента. Американская медицинская ассоциация критиковала работу Бартолоу за то, что она включала в себя опыты на человеке, а «Британский медицинский журнал» опубликовал частичные извинения Бартолоу, где врач сожалел, что результаты «были получены за счет некоторого вреда для пациента». Хирург даже признал, что повторять подобные испытания «было бы в высшей степени преступно» [44]. Британский нейрофизиолог Дэвид Ферриер предупреждал, что, как бы ни были интересны выводы Бартолоу, поскольку «процедура опасна для жизни, то не заслуживает похвалы и вряд ли будет повторена» [45].

Оставляя в стороне серьезные этические проблемы, стоит сказать, что ученые были заворожены исследованием Бартолоу, потому что оно оказало действенную поддержку некоторым недавним, весьма спорным выводам о функциях мозга. Хотя в начале века Альдини продемонстрировал, что внешняя электрическая стимуляция головы может вызвать движение, бытовало общее мнение, что полушария головного мозга совершенно не реагируют на такие раздражители. В отличие от нижних отделов мозга, никакая физическая, химическая или электрическая стимуляция данных областей не могла вызвать ответную реакцию.

Но в 1870 году два молодых немецких врача, Густав Фрич и Эдуард Гитциг, показали, что электрическая стимуляция внешней части коры головного мозга собаки может вызывать очень специфические движения [46]. В своей медицинской практике Гитциг использовал модную внешнюю электротерапию для лечения легких нервно-мышечных симптомов, таких как судороги и паралич в легкой степени. В 1869 году врач дал пациенту слабый удар током, одновременно поместив электроды на ухо и на затылок. Гитциг был удивлен, заметив, что мышцы вокруг глаза сокращаются. Если бы электроды находились по обе стороны глаза, Гитциг счел бы этот эффект классическим примером электрической стимуляции мышцы. Но вместо этого он заподозрил, что электричество проникло в мозг и каким-то образом стимулировало «централизованную функцию», отвечающую за движение[86].

Опытный электрофизиолог Гитциг объединился с Фричем, чтобы выяснить, можно ли стимулировать открытую кору головного мозга собаки и получить специфическую реакцию. В эксперименте, который проводился на туалетном столике, принадлежащем фрау Гитциг, использовались очень тонкие электроды, разработанные Дюбуа-Реймоном. Этот опыт стал частью целой волны инвазивных физиологических исследований, которые стали возможными с 1846 года, в связи с широким внедрением анестетиков и заявлением Джозефа Листера[87] в 1867 году, что простые антисептические процедуры могут снизить риск развития послеоперационных инфекций. Фрич и Гитциг использовали очень слабые токи, которые были «едва ощутимы, когда электроды прикладывали к кончику языка», чтобы стимулировать тонкий наружный слой фронтальной части коры подопытного животного, находившегося под анестезией [47]. В ходе эксперимента они обнаружили, что на противоположной стороне тела собаки сокращались различные мышцы. Наблюдаемый эффект был сильно локализован – при стимуляции одного участка мозга двигались передние лапы, другой заставлял дергаться морду и еще один – мышцы задних лап [48].

Известно, что такие реакции, как коленный рефлекс, происходят без участия мозга.

Совершенное Фричем и Гитцигом открытие шло вразрез с научной базой, просуществовавшей больше века, и предполагало, что функциональная локализация производства поведения в мозге выходит далеко за рамки зоны порождения речи, обнаруженной Брока. Известно, что стереотипные (безусловные) реакции, такие как коленный рефлекс[88], происходят без участия мозга. Но движения, вызванные прямой электрической стимуляцией мозга, были больше похожи на нормальное поведение, чем на мелкие повторяющиеся рефлекторные движения. Учитывая, что кора головного мозга часто рассматривалась как местопребывание мысли и воли, открытие Фрича и Гитцига заключалось в том, что они определили место произвольного движения, хотя исследователи воздержались от столь громких заявлений.

Оба молодых человека осознали важность этого прорыва и быстро опубликовали статью, описывающую полученные результаты. Большая ее часть была посвящена сопоставлению их находок с предыдущими неудачами в получении ответа на стимул от коры головного мозга, восходящими к Галлеру в XVIII веке. Они также предоставили точные сведения о проведенном эксперименте – в конце концов, ученые объявили, что именно использованная техника объясняет, почему их результаты радикально отличаются от тех, что были получены ранее. Фрич и Гитциг были уверены, что показали, как «индивидуальные психические функции» рождаются «в ограниченных центрах коры головного мозга» [49].

Сенсационное открытие Фрича и Гитцига сразу побудило двадцатисемилетнего Дэвида Ферриера провести собственные эксперименты [50]. Он, как и большинство ученых, считал мозг «местонахождением памяти и восприятия». Но оставался нерешенным вопрос, располагались ли эти таинственные способности в конкретной области или же, напротив, были разбросаны по всей поверхности мозга [51]. Как выразился сам Ферриер, это оставалось невыясненным:

«Содержит ли головной мозг в целом и в каждой своей части неким таинственным образом (и к тому же необъяснимым с помощью научного эксперимента) всякого рода умственные возможности, или же, наоборот, определенные части мозга отвечают за отдельные функции».

Ферриер решил исследовать данную загадку с помощью серии довольно печальных экспериментов, в ходе которых удалял мозговые полушария у лягушек, рыб, птиц и кроликов, как делал это Флуранс четыре десятилетия назад. У каждого вида происходило одно и то же.

Если животному посчастливилось пережить операцию, оно сидело неподвижно, реагируя только на такие раздражители, как щипки: «Если животное было предоставлено самому себе, не потревоженное никакими внешними раздражителями, то оставалось неподвижным на том же самом месте и, если его не кормили искусственно, умирало от голода».

Ферриер пришел к выводу, что «абляция[89] полушарий упраздняет некоторые фундаментальные силы разума», которые, как он предположил, включали волю, или стремление к движению.

Более точные исследования поражений выявили интригующие противоречия. Млекопитающие, моторное поведение которых, по-видимому, было во многом приобретенным, с большей вероятностью страдали от паралича в результате разрушения «корковых моторных центров», чем те животные, что полагались на инстинктивное поведение. Это наводило на мысль о том, что у высших млекопитающих воля играет более важную роль, и укрепляло подозрение, что определенные области коры головного мозга участвуют в произвольных движениях отдельных частей тела.

Наиболее поразительные результаты Ферриер получил, адаптируя технику Фрича и Гитцига: он стимулировал кору головного мозга обезьяны слабыми электрическими токами. Применяя батареи, изобретенные Сми, Ферриер обнаружил, что способен вызывать ответные реакции в некоторых областях мозга, которые, по мнению его немецкие конкурентов, не могли быть возбуждены.

Чтобы обобщить свои наблюдения, Ферриер нарисовал схему, иллюстрирующую, как распределены участки мозга обезьяны, отвечающие за разные типы движений. Например, стимуляция 3-й области (верхний центр) приводила к движениям хвоста; возбуждение соседней, 5-й, области заставляло обезьяну вытягивать противоположную руку и шевелить пальцами и запястьем; активизация областей 9–14 запускала точные и воспроизводимые движения лица и глаз.

Рисунки Ферриера областей мозга обезьяны (сверху) и человека (снизу). Цифрами обозначены эквивалентные области у двух видов

Ферриер также экспериментировал на собаках, кошках, шакалах (полученных из Лондонского зоопарка), кроликах, морских свинках, крысах, голубях, лягушках и рыбах. Каждый раз он обнаруживал, что стимуляция конкретных участков полушарий головного мозга вызывает определенные движения. Единственным исключением была лягушка, размер мозга которой затруднял получение однозначных данных. Ферриер даже смог, видимо, вызвать у обезьяны иллюзию слухового восприятия. Когда он стимулировал область 14, то наблюдал следующее: «Противоположное ухо дергается, голова и глаза поворачиваются в противоположную сторону, зрачки сильно расширяются» – будто животное что-то услышало.

Ученый Ферриер смог вызвать у обезьяны иллюзию слухового восприятия.

Опираясь на сравнительную анатомию и различные сообщения о поражениях головного мозга (в том числе на ужасный эксперимент с Мэри Рафферти), Ферриер разработал схему локализации мозговой двигательной функции у людей. Но была одна зона мозга, которая, казалось, не реагировала на мягкое зондирование электродами. В книге «Функции мозга» (1876), описав собственные открытия, Ферриер сообщил, что не наблюдал никаких реакций от «электрического раздражения» в лобных долях мозга у обезьяны, кошки или собаки. Это соответствовало его первоначальному пониманию знаменитого случая Финеаса Гейджа, американского железнодорожника, с которым в 1848 году произошел несчастный случай. В результате незапланированного взрыва железный лом прошел сквозь голову Гейджа и пробил его лобовую кость [52]. Каким-то чудом мужчина не только не погиб, а прожил еще двенадцать лет и даже несколько лет работал водителем дилижанса[90] в Чили[91]. Тело Гейджа в конце концов было эксгумировано, а его сильно поврежденный череп вместе с ломом выставили в Анатомическом музее Уоррена (Гарвард), где их можно увидеть до сих пор. При жизни и сразу после нее Гейдж представлял интерес для ученых, потому что выжил и остался, судя по всему, относительно дееспособным.

Ферриер был наблюдательным экспериментатором и утверждал, что удаление передних областей мозга у одной из обезьян «не вызвало никаких симптомов, указывающих на поражение или ухудшение специальных сенсорных или двигательных способностей».

Однако он также заметил «решительное изменение в характере и поведении животного… значительное психологическое изменение», характеризующееся отсутствием интереса и любопытства. Как пояснил сам исследователь, бедное животное потеряло «способность внимательного и разумного наблюдения».

Повреждение коры головного мозга может привести человека к потере возможности чувствовать.

Заинтригованный Ферриер вновь изучил случай Гейджа [53]. Его поразил небольшой нюанс в отчете Джона Харлоу, врача, лечившего Гейджа двадцать лет назад: это было краткое описание поведения мужчины до и после несчастного случая. Из «самого эффективного и способного бригадира» Гейдж, по словам медика, превратился во «вспыльчивого, непочтительного, иногда позволявшего себе грубейшие ругательства» мужлана, а друзья говорили, что «Гейдж больше не Гейдж» [54]. Эти описания теперь регулярно воспроизводятся в отчетах о деле Гейджа, но до тех пор, пока их не обнаружил Ферриер, они оставались незамеченными. Следует сказать, что мы ничего не знаем о происхождении и достоверности этих свидетельств. Туманный и разрозненный отчет, опубликованный лишь спустя годы после происшествия, является единственным источником, который предполагает, что в личности или поведении Гейджа произошли какие-то изменения. Но этого оказалось достаточно, чтобы убедить Ферриера, подчеркивавшего утверждение, что после аварии «Гейдж перестал быть Гейджем» и якобы начал отличаться особой замкнутостью и импульсивностью.

В работе 1878 года под названием «Локализация мозговых функций» Ферриер смело проводил параллели между предположительно измененной личностью Гейджа и трансформациями в поведении обезьян с поврежденными лобными долями. Во многих отношениях то, как сейчас интерпретируют травму Гейджа и ее значение, восходит к слиянию экспериментальных, психологических и физиологических прозрений Ферриера. В современных учебниках случай Гейджа стал классическим примером, хотя его сложная история редко излагается верно [55].

Все это свидетельствует о том, что различные аспекты психической жизни, связанные с вниманием и поведением, каким-то образом локализованы в лобных долях мозга.

Удивительно, но Ферриер даже предоставил доказательства из френологии, показав, что эти идеи оставались актуальными для некоторых ученых и в конце XIX века:

«Я думаю, у френологов есть веские основания полагать, что мыслительные способности локализованы в лобных областях мозга. И нет ничего слишком невероятного в том, что развитие отдельных участков лобных долей может быть связано с силой концентрации мысли и интеллектуальными способностями особого рода» [56].

У Ферриера имелись аргументы в пользу того, что движение и, возможно, некоторые из высших психических функций, например внимание, локализованы в определенных зонах мозга. Но когда дело дошло до самого сложного и нематериального аспекта мозговой деятельности – мысли, – данные говорили не в пользу локализации. Повреждение коры головного мозга с одной стороны привело человека к потере к возможности чувствовать и двигать противоположной стороной тела, но способность мыслить, похоже, не пострадала, потому что разум присутствует во всем мозге. Ученый объяснил это так:

«Мозг как орган, порождающий движение и ощущение (то есть воспринимающее сознание), есть единый орган, состоящий из двух частей. Мозг как орган мышления (репрезентативное сознание) есть двуединый орган, каждое полушарие которого самодостаточно само по себе. Когда одно полушарие удалено или разрушено болезнью, движение и ощущение исчезают в одностороннем порядке, но умственные операции все еще могут осуществляться во всей их полноте посредством оставшегося полушария. Человек, парализованный физически вследствие повреждения, скажем, правого полушария, не парализован ментально, ибо все еще может чувствовать, желать, мыслить и разумно постигать происходящее левым полушарием».

Несмотря на имевшиеся открытия, у Ферриера все же не было модели работы мозга. На самом деле ученый сомневался, что когда-либо будет возможно это познать, утверждая, что даже если бы можно было определить «точную природу молекулярных изменений, происходящих в клетках мозга при переживании ощущения», «это ни на йоту не приблизило бы нас к объяснению конечной природы самого ощущения». Ферриера, как и многих других исследователей того времени, все еще беспокоила проблема, выявленная Лейбницем в 1712 году и приведенное им сравнение функционирования мозга с работой мельницы. Даже если мы заглянем внутрь мозга и изучим все протекающие в нем процессы, это вовсе не означает, что мы таким образом постигнем истинную природу сознания или мысли. Не только Ферриер не был уверен в способности науки познать мозг. Несмотря на целый ряд великих открытий, ученые начали сомневаться.

5

Эволюция. XIX век

В феврале 1838 года двадцатидевятилетний Чарлз Дарвин, сидя в своей лондонской квартире, как раз напротив верхней части Карнаби-стрит, открыл экземпляр «Исследований об умственных способностях человека и об изыскании истины», последнего издания бестселлера шотландского врача и философа по имени Джон Аберкромби[92]. С первых страниц автор прямо заявлял о полном незнании точной связи между мышлением и мозгом:

«Правда в том, что мы ничего не понимаем. Материя и дух известны нам по некоторым свойствам: эти свойства абсолютно отличны друг от друга. Но в отношении ни того, ни другого мы совершенно не в состоянии продвинуться ни на шаг дальше тех фактов, что перед нами. Являются ли они в своей основополагающей или конечной сущности одинаковыми, либо же они различны, мы не знаем и никогда не сможем узнать в теперешнем состоянии бытия» [1].

Аберкромби указывал на фундаментальную проблему, но это мало волновало Дарвина, который провел две неровные карандашные линии по левой стороне текста и написал внизу страницы: «Достаточно указать на тесную связь вида мышления и структуры мозга» [2]. Дарвин предполагал, что мозг и разум неразрывно связаны – как он выразился в одной из своих записных книжек, «мозг создает мысль».

Но его интересовали прежде всего последствия такой связи, а не ее точная природа [3]. С тех пор как полтора года назад Дарвин вернулся из долгого путешествия на исследовательском корабле «Бигль»[93], он был поглощен изучением происхождения видов и причин такого разнообразия. Со временем ученый все больше убеждался в роли естественного отбора в формировании организмов и изучал, как именно этот фактор повлиял на связь между мозгом и мышлением.

Дарвин предполагал, что мозг и разум неразрывно связаны.

В 1840 году Дарвин написал на полях «Элементов физиологии» Иоганна Мюллера: «Унаследованная структура мозга должна вызывать инстинкты. Эта структура может быть выведена так же, как и любая другая адаптировавшаяся структура» [4]. Дарвин понял, что если мозг создает мысль, то должна существовать связь между структурой мозга и типом мысли, которую он производит. Это, в свою очередь, означало, что естественный отбор может изменять ум и поведение, трансформируя структуру мозга. Такая причинно-следственная связь могла бы объяснить происхождение не только инстинктивного поведения, но и, в принципе, человеческого разума. С этой точки зрения мозг и порождаемое им поведение ничем не отличались от любого другого органа. Действительно, Дарвин отметил в одной из записных книжек, что мысль – это «секреция мозга», «такая же функция органа, как желчь печени»[94] [5].

Более двадцати лет Дарвин работал над тем, что называл своей «большой книгой видов», собирая примеры естественного и искусственного отбора и составляя черновики глав, но без какого-либо особого чувства срочности или признаков завершения. Затем, в июне 1858 года, он получил шокирующее письмо от Альфреда Рассела Уоллеса[95], молодого британского исследователя. Уоллес прислал Дарвину собственное эссе, где изложил тот же механизм естественного отбора, который в частном порядке исследовал в течение предыдущих двух десятилетий и сам Дарвин. В ужасе от возможности, что его опередят, Дарвин передал письмо своим друзьям – Джозефу Хукеру и Чарльзу Лайелю, которые поспешно отыскали решение, сохранившее приоритет Дарвина и признавшее проницательность Уоллеса. На одном заседании Лондонское Линнеевское общество[96] заслушало письмо Уоллеса и доклад Дарвина, а также отрывок из эссе, написанного Дарвином в 1844 году, в котором обобщались его идеи. Письмо Уоллеса окончательно подтолкнуло ученого к действию, и в ноябре 1859 года он опубликовал «Происхождение видов путем естественного отбора» [6].

Странным образом потрясающая работа Дарвина обошла острые вопросы человеческой эволюции и связи между поведением, разумом и мозгом. Слово «мозг» встречается один-единственный раз во всем первом издании, которое, в свою очередь, содержит лишь туманный намек на эволюцию человека. Позже Дарвин объяснил это так:

«В течение многих лет я собирал заметки о происхождении человека, не имея никакого намерения публиковать их, а скорее с решимостью не издавать, так как думал, что в результате лишь увеличу предубеждения против собственных взглядов. Мне показалось достаточным упомянуть в первом издании „Происхождения видов”, что моя работа „прольет свет на происхождение человека и его историю”, а это означает, что человек должен быть включен вместе с другими живыми существами в любое общее заключение относительно его способа появления на Земле» [7].

Публикация научного труда Дарвина, сильно повлиявшего на многих читателей, внесла свой вклад в период неопределенности западной интеллектуальной жизни. По словам историка Оуэна Чедвика, в 1860-х годах «Британия, Франция и Германия вступили в эпоху Сомнения, в единственном числе и с заглавной буквы “С”» [8].

Одним из ключевых вопросов, являвшимся одновременно и центром сомнения, и вкладом в него, был тот самый вопрос, которого Дарвин так ловко избегал в своей работе – как (или «если») сознание возникло из деятельности мозга. В 1861 году ирландский физик и профессор Джон Тиндаль – сторонник Дарвина – исследовал данную проблему на страницах еженедельной лондонской газеты The Saturday Review. Тиндаль начал с того, что может показаться простым материалистическим описанием вопроса:

«Мы полагаем, что каждая мысль и каждое чувство имеют точный механический коррелят в нервной системе и что они сопровождаются определенным разделением и повторным соединением атомов мозга».

Но, как отметил автор статьи, все становится гораздо сложнее, как только вы начинаете выяснять, что на самом деле стоит за словами «коррелят» и «сопровождаются»:

«Когда мы пытаемся перейти… от явлений физики к явлениям мысли, то сталкиваемся с проблемой, которая превосходит имеющиеся у нас (или потенциально возможные) исследовательские ресурсы в неизмеримое количество раз. Можно обдумывать этот предмет снова и снова – он ускользает от всякого интеллектуального представления, – мы столкнулись, наконец, лицом к лицу с Непостижимым» [9].

Никто не мог даже попытаться описать, как мозг порождает сознание.

Это не помешало некоторым ученым строить догадки. В 1860 году немецкий физиолог Густав Фехнер[97] сделал одно из самых смелых и замечательных предсказаний в истории науки о мозге. Фехнер утверждал, что кажущееся единство разума вытекает из структурной целостности мозга. Предполагалось, что если бы можно было разделить полушария, разрезав соединяющую их структуру (мозолистое тело), то получилось бы два разума вместо одного. Первоначально эти «умы» будут идентичны, уточнял Фехнер, но каждый из них начнет постепенно меняться с опытом [10].

Минуло более ста лет, прежде чем эта драматическая гипотеза была проверена после внедрения методов психохирургии в США.

Нескоторое время спустя Тиндаль объяснил свою позицию более конкретно в двух важных лекциях для Британской научной ассоциации, прочитанных в 1868 и 1874 годах. Он использовал модифицированную версию «мельницы Лейбница»:

«Даже если бы наш разум и чувства настолько возросли, усилились и прояснились, чтобы мы смогли увидеть и почувствовать мельчайшие молекулы мозга; даже если бы мы имели способы отследить все их движения, все их соединения, все электрические разряды, если таковые существуют, и имели бы точное представление о соответствующих состояниях мысли и чувства, мы при том оставались бы как никогда далеки от решения главного вопроса: как эти физические процессы связаны с фактами сознания?» [11]

Тиндаль, как и Лейбниц, считал невозможным объяснить мышление, основываясь на исследовании физических процессов, потому что два класса явлений качественно отличались друг от друга. Терминология, используемая Тиндалем и Лейбницем, была разной, но выводы – одинаковыми.

Существовали два противоположных взгляда на данную проблему: признать, что ответ пока еще не найден, но когда-нибудь непременно появится, либо настаивать, подобно Тиндалю, что это изначально непознаваемо. Эмиль Дюбуа-Реймон согласился с Тиндалем и в 1872 году решительно объявил, что материализм никогда не сможет дать какого бы то ни было понимания природы мышления: «Никакое воображаемое движение материальных частиц никогда не сможет перенести нас в царство сознания» [12]. Ментальные процессы, говорил он, «лежат вне закона причинности и потому непонятны» [13]. Дюбуа-Реймон завершил свой анализ латинской фразой, которая на десятилетия стала крылатой и прославилась благодаря спорам о границах научного знания: «Ignoramus et ignorabimus» – «Не знаем и не узнаем».

* * *

Волна скептицизма по поводу понимания мозга накрыла мир эволюционной биологии, поскольку некоторые из ближайших последователей Дарвина стали поговаривать лишь о частичной поддержке теории естественного отбора, когда дело касалось людей. В 1866 году, к удивлению Дарвина, Альфред Уоллес стал утверждать, что человеческую эволюцию, и в частности появление разума, нельзя объяснить естественным отбором – должно быть, в этом была замешана какая-то сверхъестественная сила. Непосредственная причина столь резкой перемены заключалась в том, что Уоллес впал в одержимость мистицизмом после посещения спиритического сеанса зимой того же года. Во время представления произошло внезапное появление медиума, мисс Никол, которая, видимо, парила над столом и держала в руках летние цветы, еще влажные от росы [14]. Уоллес был околдован.

Люди подчиняются иным правилам, чем остальной природный мир.

Высоко ценя эктоплазму[98] и доверяя собственным глазам, Уоллес применил новообретенные представления о духовном мире к эволюционной концепции, опираясь на сомнения Тиндаля в поисках поддержки нового взгляда на то, как люди были освобождены от теории Дарвина:

«Ни естественный отбор, ни более общая теория эволюции не могут дать никакого объяснения происхождению чувственной или сознательной жизни… Моральная и высшая интеллектуальная природа человека – такое же уникальное явление, каким была сознательная жизнь при ее первом появлении в мире. И то и другое непредставимо как происходящее по какому-либо закону эволюции» [15].

Люди подчиняются совершенно иным правилам, чем остальной природный мир, утверждал Уоллес, и очевидная невозможность объяснить физическое происхождение мысли была одним из свидетельств [16].

Он был не единственным из сторонников Дарвина, кто предположил, что человеческая эволюция требует какого-то сверхъестественного объяснения. В своей книге «Геологические доказательства древности человека, с некоторыми замечаниями о теориях происхождения видов», вышедшей в 1863 году, выдающийся геолог Чарлз Лайель собрал ряд палеонтологических, геологических и антропологических данных, чтобы доказать, что у человека и других приматов был общий предок [17]. Это ободрило Дарвина, но гораздо менее впечатлил его заключительный раздел книги, где Лайель утверждал, что только божественное вмешательство может объяснить появление языка у людей [18].

Ученый Уоллес был сторонником Дарвина и предполагал, что человеческая эволюция требует сверхъестественного объяснения.

С такими союзниками, как Уоллес и Лайель, утверждающими, что естественный отбор не может объяснить все аспекты человеческой эволюции, Дарвин чувствовал себя обязанным прояснить собственные взгляды. В феврале 1871 года он опубликовал работу «Происхождение человека и половой отбор», в которой использовал подход, оказавшийся крайне эффективным в «Происхождении видов». Дарвин представил примеры гомологии[99] в анатомии и поведении, чтобы выявить общее происхождение. Также он описал, как в процессе адаптации меняются функции некоторых первоначальных физических характеристик и организм приспосабливается использовать эти характеристики для совершенно других целей. Дарвин пришел к выводу, что между человеком и другими приматами нет непреодолимого барьера, в том числе в отношениях мозга, поведения и морали. «Моя цель, – писал он, – показать, что не существует принципиальной разницы между человеком и высшими животными в их умственных способностях» [19]. Дарвин не имел в виду, что приматы идентичны человеку, а подразумевал, что, как и в случае с другими физическими параметрами, структура мозга различных видов была изначально схожей, а следовательно, сходство наблюдалось и в их ментальной жизни.

Мозг человека и обезьяны неидентичен.

Вскоре после публикации «Происхождения человека» Дарвин понял, что ему нужны более подробные доказательства эволюционных изменений в структуре мозга. Ученый попросил своего друга и сторонника, зоолога Томаса Генри Хаксли («Бульдога Дарвина»[100]) предоставить приложение ко второму изданию книги, посвященному сравнительной анатомии мозга у людей и обезьян. Хаксли согласился и заключил:

«Каждая главная извилина и борозда мозга шимпанзе точно представлена и в мозге человека, так что терминология, применяемая к одному, переносится и на другой. На этот счет нет никаких разногласий… Таким образом, нет сомнений относительно общего сходства между мозгом приматов и человеческим мозгом; равно как не вызывает споров и удивительно близкое сходство между шимпанзе, орангутангом и человеком».

Мозг человека и обезьяны не был идентичен, но, как любил говорить Дарвин, разница была в степени, а не в сути. Подводя итог доказательствам, Хаксли писал: «Это именно то, чего мы должны ожидать, если человек произошел в результате постепенной модификации той же формы, от которой произошли другие приматы»[101]. Как объяснял Дарвин, поведенческие и интеллектуальные различия, существующие между видами приматов, должны каким-то образом обуславливаться незначительными анатомическими особенностями, а не какой-то большой структурой, имеющейся в одной группе и полностью отсутствующей в другой.

Дарвин не позволял себе отвлекаться на сомнения о наличии связи между мозгом и мышлением, которые волновали столь многих ученых и философов. Он был уверен, что такая связь существует – для того, чтобы естественный отбор воздействовал на структуру мозга и тем самым изменял поведение, между ними должна быть причинно-следственная связь, а не простая корреляция, – но Дарвина не занимала ее точная природа. Как писал сам ученый тридцатью годами ранее, для его целей просто требовалось, чтобы связь существовала. Так, совершив пируэт на страницах «Происхождения человека», Дарвин вырвался из эпистемологической трясины, поглотившей так много его современников: «Вопрос о том, каким образом развились умственные способности, столь же безнадежен, как и вопрос о зарождении самой жизни. Это проблемы далекого будущего, если они когда-либо будут решены человеком» [20].

* * *

Точный характер связи между мозгом и разумом может быть неизвестен и, вероятно, даже непознаваем. Но более общая соотнесенность мозга и поведения у животных очень интересовала Дарвина. Этот вопрос лежал в основе «Происхождения человека»: в работе подробно описаны сложные поведенческие адаптации или инстинкты, проявляемые животными, и объяснены в терминах естественного отбора. Дарвин был особенно впечатлен социальными насекомыми, такими как муравьи. Их замысловатая система коммуникации и способность распознавать сородичей по гнезду предполагали существование памяти. Объяснение столь богатого поведенческого репертуара крылось в относительно большом мозге муравьев, который, по словам Дарвина, был «необычайной величины», учитывая размеры тел этих насекомых. Когда дело дошло до исследования того, как в крошечном мозге муравья способно умещаться такое богатство поведения, у Дарвина голова пошла кругом:

«Безусловно, что может существовать громадная умственная деятельность при крайне малой абсолютной величине нервного вещества: так, всем известны удивительно разнообразные инстинкты, умственные способности и склонности муравьев, и, однако, их нервные узлы не составляют и четверти маленькой булавочной головки. С этой точки зрения мозг муравья есть одна из самых удивительных в мире совокупностей атомов материи, может быть, более удивительная, чем мозг человека»[102] [21].

В случае муравьев, по-видимому, не было никакой необходимости в метафизических придирках к связи между мозгом и разумом – никто не оспаривал, что удивительное поведение было просто результатом деятельности их мозга. Но это лишь подчеркивало тот факт, что связь между мозгом и поведением крошечных животных была столь же удивительна и загадочна, как и связь между мозгом и сознанием людей.

Размышляя над данным вопросом, Дарвин сделал важный вывод о значении инстинктивного поведения у большинства животных и его явно более слабой роли у человека. Он предположил, что если инстинкт играет относительно меньшую роль в поведении определенной группы животных, то они должны обладать более сложной структурой мозга:

«Мало что известно о функциях мозга, но мы можем видеть, что по мере того, как значительно возрастает сила интеллекта, так различные части мозга должны обзавестить очень разветвленными каналами свободного взаимодействия. Вследствие этого каждая отдельная область, возможно, будет менее приспособлена отвечать на конкретные ощущения или ассоциации определенным и унаследованным – то есть инстинктивным – образом».

Дарвин предполагал, что в более развитом мозге функции будут менее локализоваными, поскольку «свободное взаимодействие» каким-то неизвестным образом объясняет более сложные интеллектуальные способности.

Дарвина интересовала соотнесенность мозга и поведения животных. Это легло в основу книги «Происхождение человека».

Дарвин выявил принцип, который мог бы объяснить, почему мозг разных животных имеет различную форму: он эволюционировал, чтобы порождать различное поведение. Эволюция путем естественного отбора, наряду с моделями общего происхождения, могла бы объяснить появление сложных структур, вплоть до человеческого сознания, каковы бы ни были метафизические тайны того, как оно работает. Дарвин был убежден, что сознание какого-то рода уходит корнями вглубь родословной животных и что разница между людьми и другими животными заключается в степени его проявления. Мы просто более сознательны, чем наши родственники-обезьяны, а не обладаем совершенно новой характеристикой, требующей какого-то особого объяснения.

* * *

Споры о происхождении сознания и его связи с функцией мозга не ограничивались академическими кругами. Представители среднего класса и образованные рабочие с интересом следили за учеными диспутами, особенно после весьма влиятельной речи Хаксли, произнесенной им на собрании Британской научной ассоциации в Белфасте в 1874 году. Лекция Хаксли была напечатана в журнале Nature, а в измененном виде – в активно читаемом Fortnightly Review. В последующие годы на нее были получены сотни откликов, в том числе на страницах Nature, в газетах, журналах и романах [22].

Что сделало лекцию Хаксли столь провокационной, так это его утверждение, что животные – и люди – являются «сознательными машинами» или «сознательными автоматами»:

«Все, что мы знаем о функционировании нервной системы, обязывает нас полагать, что, когда в центральной ее части происходит некое молекулярное изменение, это изменение каким-то совершенно неизвестным способом вызывает то состояние сознания, которое мы называем ощущением» [23].

Чтобы объяснить термин «сознательные автоматы», Хаксли детально переосмыслил взгляды Декарта, сопоставив их с новейшими научными данными, показавшими, что довольно сложные формы поведения у животных, включая плавание и прыжки у лягушек, являются рефлексами, которые могут быть произведены без участия мозга.

В то время как Декарт предполагал, что животные просто бесчувственные машины, Хаксли считал это «самой удивительной гипотезой» и следовал подходу Дарвина, чтобы продемонстрировать отсутствие строгого различия между животными и людьми:

«Низшие животные обладают, хотя и менее развитой, той частью мозга, которую мы имеем все основания считать органом сознания у человека. Как и в других случаях, функция и орган пропорциональны, следовательно, мы имеем право заключить, что это верно и по отношению к мозгу. Хотя животные не могут обладать нашей степенью сознания, а из-за отсутствия языка не способны иметь мысленного потока, а только поток чувств и ощущений, они все же наделены сознанием, которое в той или иной степени отчетливо предвосхищает наше собственное» [24].

Сознание животных, утверждал Хаксли, есть «побочный продукт» работы животного тела, не имеющий возможности влиять на поведение, подобно тому, как «паровой свисток, сопровождающий работу двигателя локомотива, не оказывает воздействия на его механизм».

Сознание у животных просто порождается нервной деятельностью, однако не контролирует поведение, управлямое встроенными правилами, как в машине.

Когда дело дошло до применения этой теории к человеку, Хаксли настаивал на том, что у людей «психические состояния представляют собой лишь символы, отражающие в сознании изменения, автоматически происходящие в организме; и в качестве наиболее яркого примера можно взять чувство, называемое волей, которое является не причиной произвольного акта, а лишь символом определенного состояния мозга, в результате которого непосредственно совершается данный акт». Заявление Хаксли – серьезный вызов для повседневного опыта большинства читателей, как тогда, так и сейчас. Мы все убеждены, что обладаем волей. Смысл аргументации Хаксли состоял в том, что свободная воля с точки зрения человеческой способности думать об альтернативах и выбирать между ними является иллюзией.

В этом отношении Хаксли имел уже устоявшуюся репутацию. В 1870 году он прочитал лекцию о Декарте, в которой рассуждал о возможности того, что машины могут быть сознательными:

«Вместе с материалистами я утверждаю, что человеческое тело, как и все живые тела, есть машина, все действия которой рано или поздно будут объяснены физическими принципами. Я верю, что рано или поздно мы придем к механическому эквиваленту сознания, точно так же, как пришли к механическому эквиваленту тепла».

Это видение, заходившее гораздо дальше, чем теория Сми двадцатилетней давности, подразумевало, что, независимо от кажущейся непроницаемой природы мысли и ее отношения к мозгу, в итоге мысль все же будет объяснена путем создания соответствующей машины. Хаксли полагал, по крайней мере на данном этапе его собственного интеллектуального развития, что материя способна мыслить.

После смерти Дарвина в 1882 году биологи-эволюционисты, по-видимому, утратили веру в материальную связь между мозгом и разумом. Ученый, которого многие считали преемником Дарвина, Джордж-Джон Роменс (ныне забытый и изучаемый разве что историками), вскоре стал придерживаться взгляда, граничащего с панпсихизмом – идеей, что вся материя каким-то образом сознательна, – и отказался от естественного отбора как движущей силы биологической адаптации.

Роменс не только был уверен, что «связь между разумом и материей не поддается объяснению человеческими способностями», но и задавался вопросом, может ли естественный отбор объяснить сложные инстинкты. Особенно его поразили сфексы – осы, которые роют гнезда в земле и хоронят парализованную гусеницу рядом с отложенными яйцами. Это заставило Роменса усомниться в том, что природа «могла когда-либо развить такой инстинкт из просто случайных вариаций» [25].

В противоположность этому пионер британской психологии, Конви Ллойд Морган, работавший в 1890-х и в начале XX века, верил, что такое поведение может возникнуть в результате естественного отбора.

Ученый продемонстрировал, что птенец клюет зерно, хотя и не учился этому, и объяснил его поведение особой организацией нервной системы молодой птицы, в которой «стимул производит данный результат через ествественную координацию, не зависящую от сознательного знания или опыта» [26]. Взгляды Ллойда Моргана на природу сознания менялись с течением времени, но в 1901 году он выдвинул так называемую двухаспектную теорию сознания:

«Самое надежное допущение заключается в следующем: то, что с точки зрения физики и физиологии является сложным молекулярным нарушением, с позиций психологии есть состояние сознания. Это два различных аспекта одного природного явления. Почему оно должно иметь два столь различных аспекта, мы не имеем ни малейшего представления».

Некоторых французских философов такое объяснение не убедило – бывают ли они вообще убеждены в чем-то? – и утверждали, что, какие бы функции ни выполнял мозг, он не отвечает за порождение мысли. Следуя за Декартом, они подчеркивали, что мысль – это нематериальная субстанция. В 1883 году Анри Бергсон[103] утверждал, что «если бы мысль была в голове, она заняла бы там место, рассекая которое можно было бы в итоге обнаружить ее на конце скальпеля… Но мысль не живет в мозге» [27].

Мысль – это нематериальная субстанция.

В 1872 году психиатр Генри Модсли, обеспокоенный назревавшим кризисом уверенности, который распространялся среди некоторых ученых, попытался успокоить научное сообщество:

«Утверждение, что нельзя вообразить, будто материя, каким бы сложным состоянием или организацией она ни обладала, порождает сознание, чувства и мысли, – это лишь обращение к самодостаточности человеческого интеллекта в наши дни и своего рода аргумент, который, если логически довести его до конца, воспрепятствовал бы созданию новых концепций, в силу неведения еще недостижимых для нас» [28].

Другими словами, даже если мы в настоящее время не понимаем конкретного явления, это вовсе не означает, что мы не сможем понять его никогда. Утверждать, что есть вещи, недоступные для осознания, значит подрывать весь смысл науки, который и заключается в объяснении тех вещей, что пока еще необъяснимы.

По истечении десяти лет уверенность Модсли испарилась, и даже он поддался общему настроению, размышляя о существовании «всепроникающего многомерного эфира», который находился вне материи, но мог каким-то образом взаимодействовать с ней. Восприятие рождалось в тот момент, когда эфир пронизывал и воспринимаемый объект, и мозг, а волны, производимые объектом, проходили через эфир к мозгу, где и возникало сознание. В 1883 году Модсли заявил, что разум – это не что иное, как «многочисленные волновые колебания, обусловленные извилистой, чрезвычайно сложной и тонкой структурой мозга» [29]. Ученый скромно предположил, что если его теория будет должным образом разработана, то она «без сомнения, объяснит всю» Вселенную. В действительности Модсли не мог использовать свою теорию даже для объяснения сознания, если не брать в расчет то, что он называл «непостижимо быстрыми колебаниями атомов».

В этом он, возможно, и был прав, но не было никакой необходимости ссылаться на гипотетический «многомерный эфир», якобы связывающий всю материю. Идея с эфиром ничего не объясняла, ученый не выдвинул никаких предположений, которые можно было бы проверить, так что взгляды Модсли стали спекулятивными и нематериалистическими. Практически в то же самое время и в том же духе невролог Джон Хьюлингс Джексон[104] утверждал: «Мы не говорим, что психические состояния являются функциями мозга, а заявляем, что они просто возникают во время мозговой деятельности» [30]. Теперь уже ничто не казалось определенным.

Десять лет назад Дарвин не нашел необходимости в рассуждениях такого рода, что занимали Модсли, и не поддался сомнениям, которые заставили Хьюлингса Джексона дистанцироваться от идентичности мозга и разума. Вместо этого Дарвин сосредоточился на том, чтобы показать, как естественный отбор воздействовал на мозг и тем самым на поведение и психологическую активность. Какая бы связь ни существовала между структурой мозга и психическими функциями, она была центром действия естественного отбора, который, непосредственно формируя органические формы, мог приводить к психологическим и поведенческим последствиям. Кроме того, как бы ни работал мозг, существовала преемственность между таинственными явлениями человеческого разума и внутренними мирами наших родственников из животного царства – как близких, так и далеких.

Когда волна сомнений прокатилась по Европе, ключевые уроки были забыты, а после смерти Дарвина значение его великого прозрения померкло. Весьма прискорбно, так как прочное обоснование дарвиновской теории усилило бы значение ряда прорывов в понимании работы мозга, которые произошли в 1860-х годах. Каждое из этих открытий поднимало серьезные вопросы, затрагивающие всевозможные аспекты имевшихся объяснений функции мозга – от туманных механических метафор и старых гидравлических концепций до представлений, что деятельность мозга основана на электричестве. Столкнувшись с новыми идеями и открытиями, ученые были вынуждены пересмотреть свои взгляды на функционирование мозга: слова, которые они использовали, метафоры, которые создавали, и то, как они представляли собственные идеи.

6

Торможение. XIX век

Еще с 1670-х годов было известно, что искусственная стимуляция нерва может приводить к мышечному сокращению. Нервы, казалось, вызывали определенные события в теле. Но в середине XIX века стало очевидно, что столь же фундаментальное свойство некоторых нервов состоит в том, что они способны останавливать происходящее [1]. В 1845 году Эрнст и Эдуард Веберы, два брата из Лейпцига, исследовали, что случится, если блуждающий нерв стимулировать непрерывным электрическим током, генерируемым батареей. Парные блуждающие нервы идут от ствола мозга, проникая глубоко в грудную клетку и верхнюю часть брюшной полости. Они иннервируют работу основных внутренних органов, в том числе и работу сердца. К удивлению Веберов, непрерывная электрическая стимуляция блуждающего нерва привела к снижению частоты сердечных сокращений. Блуждающий нерв, по-видимому, подавлял работу сердца, и достаточная стимуляция могла даже заставить его остановиться совсем.

Веберы сразу же связали свое открытие с тем, каким образом ум может иногда прекращать движение или реакцию тела: «Опыт показывает, что воля ограничивает конвульсии, если они не происходят слишком сильно, и может препятствовать возникновению многих рефлекторных движений… и он же демонстрирует, что мозг способен притормаживать движения» [2].

Их выводы совпадали со взглядами Иоганна Мюллера и Маршалла Холла[105], которые недавно показали, что разрушение полушарий головного мозга приводило к неконтролируемым рефлекторным действиям. Правда, ученые разошлись во мнениях относительно основы этого эффекта и были вовлечены в неприличную ссору из-за того, кто первым сделал открытие. Результаты также соответствовали идеям немецкого физиолога Альфреда Фолькмана, обнаружившего в 1838 году, что если удалить лягушке голову, ее тело производит рефлекторные действия, которые не наблюдались у нетронутого животного. Фолькман объяснил это так: «Очевидно, что мозг содержит некую причину, препятствующую активации нервных принципов… Влияние ума, возможно, сдерживает нервную активность» [3].

Ряд исследований на других периферических нервах позволил изучить торможение основных физиологических процессов, и в 1863 году русский физиолог Иван Михайлович Сеченов[106] обобщил эти сведения в рамках рефлекторной теории головного мозга. Сеченов ранее работал с некоторыми великими европейскими физиологами, такими как Дюбуа-Реймон, Герман Гельмгольц и Клод Бернар, и опирался на идеи Вебера и Фолькмана, утверждая, что в мозгу должно быть два взаимодополняющих центра: «Таким образом, оказывается, что механизм в головном мозгу, производящий невольные (отраженные) движения в сфере туловища и конечностей, имеет там же два придатка, из которых один угнетает движение, а другой, наоборот, усиливает их относительно силы раздражения»[107] [4]. Это, по-видимому, объясняет большинство аспектов поведения: «Итак, рядом с тем, как человек путем часто повторяющихся ассоциированных рефлексов выучивается группировать свои движения, он приобретает (и тем же путем рефлексов) и способность задерживать их».

С 1670-х годов было известно, что искусственная стимуляция нерва может приводить к мышечному сокращению.

Данная идея позволила Сеченову разработать теорию о том, как работает мозг. Его отправной точкой был рефлекторный путь:

стимул → торможение или возбуждение → мышечная реакция

Исследователь утверждал, что эта простая цепочка реакций – все, что нужно для понимания даже самых сложных функций мозга. «Мысль, – отмечал Сеченов, – есть первые две трети психологического рефлекса». Другими словами, мысль соответствует внешнему стимулу, который ее вызвал, и адекватной центральной активности; будут ли активированы мысль и последняя треть рефлекса (мышечная реакция) – зависит от обстоятельств. Сеченов был не одинок в своем мнении. Для британского невролога Хьюлингса Джексона это было самоочевидно. В 1870 году он писал:

«Что же есть „идея”, например, мяча, как не процесс, аккумулирующий определенные впечатления от поверхности и конкретные мышечные адаптации? Что такое воспоминание, как не оживление процессов, которые в прошлом стали частью самого организма?» [5]

Простая цепочка реакций (стимул, торможение или возбуждение, мышечная реакция) – это все, что нужно для понимания функций мозга, по мнению ученого Сеченова.

Обращаясь к широкой публике, Сеченов отвечал в адрес звучавшей критики, что мышление воспринимается не как «две трети рефлекса», а скорее как внутренний процесс, полный произвольных действий и часто независимый от внешних факторов. Ответ ученого был точным, но суровым:

«В случае же, если внешнее влияние, то есть чувственное возбуждение, остается, как это чрезвычайно часто бывает, незамеченным, то, конечно, мысль принимается даже за первоначальную причину поступка. Прибавьте к этому очень резко выраженный характер субъективности в мысли, и вы поймете, как твердо должен верить человек в голос самосознания, когда оно говорит ему подобные вещи. Между тем это величайшая ложь. Первоначальная причина всякого поступка лежит всегда во внешнем чувственном возбуждении, потому что без него никакая мысль невозможна» [6].

Сеченов пытался дать физиологическое объяснение природы мышления, а также показать, как паттерны торможения и активации рефлексов могут порождать сложные формы поведения. Генри Модсли в 1867 году писал: «Одна из самых необходимых функций мозга заключается в том, чтобы оказывать тормозящее воздействие на нервные центры, лежащие под ним» [7].

Ферриер знал об идеях Сеченова и признавал, что торможение лежит в основе работы мозга. Торможение, утверждал Ферриер, является «существенным фактором внимания»: организм должен подавлять реакции на посторонние события, чтобы сосредоточиться на одном конкретном раздражителе. По этой причине, отмечал ученый, центры торможения в мозге «составляют природную основу всех высших интеллектуальных способностей», и «чем более развиты эти центры, тем значительнее интеллектуальная сила организма» [8]. Торможение, видимо, являлось ключевым фактором интеллекта. Несколько лет спустя один из первопроходцев в области психологии Уильям Джеймс[108] (брат писателя Генри Джеймса) указывал, что «последние физиологические и патологические догадки пытаются “возвести на престол” торможение как вездесущее и необходимое условие упорядоченной деятельности» [9].

Торможение являлось ключевым фактором интеллекта.

Несмотря на активный интерес, оставалось совершенно непонятно, как в действительности работает торможение. Существовали различные теории, каждая из которых включала какую-то физическую метафору. Эрудит Викторианской эпохи Герберт Спенсер[109] утверждал, что существует ограниченное количество нервной силы и что, когда она истощается, рефлексы подавляются [10]. Немецкий физиолог Вильгельм Вундт[110] предположил, что торможение и возбуждение происходят одновременно и что, следовательно, «процесс возбуждения при каждом движении целиком зависит от взаимодействия возбуждения и торможения» [11]. Уильям Мак-Дугалл[111], английский психолог, выдвигал аналогичную концепцию. Он полагал, что в нервной системе существует баланс, при котором активность одной «нервной системы» подавляет активность другой. Так что «торможение всегда выступает отрицательным или дополнительным результатом процесса нарастания возбуждения в какой-нибудь части» [12]. Мак-Дугалл описал силу, заключенную в нерве, как «нейрин» и, рассуждая в терминах жидкостей, предположил, что торможение включает в себя «отток свободной нервной энергии от подавленной системы к тормозящей» [13]. Декарт одобрил бы эту идею.

Другие мыслители прибегали к более сложным гидравлическим метафорам, предполагая, что торможение, вероятно, возникает, когда действия двух частей системы согласованы друг с другом, подобно двум наборам встречающихся волн, которые взаимно отменяют или изменяют активность [14]. Дэвид Ферриер был более прямолинеен, когда признал, что «природа механизма торможения чрезвычайно неясна» [15]. Никакая существующая модель нервной деятельности, основанная на духах, жидкостях, раздражении, вибрации или электричестве, не могла ее объяснить.

* * *

Тем временем ученые начали исследовать, что отсутствие торможения говорит о работе мозга. В 1865 году Фрэнсис Энсти, молодой английский врач, предположил, что наркотики и анестетики вызывают «частичный и весьма своеобразный вид паралича мозга» и что в случаях употребления гашиша и алкоголя «явное возбуждение определенных способностей следует приписывать скорее устранению контролирующих влияний, чем положительному стимулированию самих способностей» [16]. Психоактивные вещества подавляют способность мозга к контролю, в том числе посредством торможения. Это можно было наблюдать каждый раз, когда в операционной применяли анестезию. Высшие психические функции отключаются первыми, приводя к полной потере контроля непосредственно перед тем, как пациент теряет сознание.

Контроль играет ключевую роль в понимании функций мозга.

Контроль в настоящее время играет ключевую роль в понимании функций мозга, но долгое время он не рассматривался в качестве способа познания мозговой деятельности [17]. Взгляд Энсти был лишь частью зарождающегося осознания, что одной из общих функций мозга является контроль над телом, причем идеи торможения и контроля тесно связаны. Благодаря этой фундаментальной мысли стало возможным иначе взглянуть на значение мозга в поддержании здоровья или развития болезни. Например, Хьюлингс Джексон утверждал, что эпилепсия может быть понята как потеря контроля в мозге из-за отсутствия торможения [18]. Для психолога Конви Ллойда Моргана торможение было существенной чертой того, как организм учился управлять своим поведением:

«То, что мы называем контролем над нашей деятельностью, достигается сознательным подкреплением успешных способов реагирования и подавлением неудачных. Успешный ответ повторяется из-за удовлетворения, которое он дает; неудачный ответ не приводит к удовлетворению и не повторяется» [19].

Ллойд Морган распространил данную точку зрения на связь контроля и сознания, что соответствовало идеям Сеченова, для которого важность контроля в высших организмах, таких как организм человека, была связана с повышением степени поведенческой гибкости: «Первичная задача, объект и цель сознания – это контроль. Сознание в простом автомате – бесполезный и ненужный эпифеномен[112]» [20].

Дистанцируясь от парадоксального предположения Хаксли о том, что люди являются сознательными автоматами, Морган излагал замысловатый эволюционный взгляд на контролирующую роль сознания, которое может функционировать только в организме, не состоящем из простых рефлексов.

Вскоре ученые заметили, что широкий спектр расстройств можно рассматривать с точки зрения потери контроля: сомнамбулизм, безумие, истерические сексуальные припадки (очевидно, только у женщин) и даже астму. Одним из мест, где в 1870–1880-х годах были совершены открытия, оказавшие значительное влияние на понимание того, как мозг управляет и умом, и телом, стала больница Сальпетриер в Париже, где работал невролог Жан Мартен Шарко. Он с коллегами обнаружил, что ряд расстройств, затрагивающих базовые поведенческие симптомы, обусловлен утратой способности мозга подавлять и контролировать импульсы. К ним относятся рассеянный склероз, болезнь Паркинсона, болезнь двигательного нейрона[113] и синдром Туретта (Жиль де ла Туретт тоже был одним из коллег Шарко).

Для лечения пациентов Шарко использовал различные методы, в том числе вариант электротерапии Гитцига и вибрационное кресло[114] (существовал переносной вариант в виде вибрационного шлема). Но новым в его подходе было применение гипноза, с помощью которого Шарко мог воспроизводить истерические симптомы, например лунатизм[115], очевидно, вызывая потерю сознательного контроля. В 1880 году в журнале Scientific American появилось сообщение о том, как Шарко держал палец перед своей известной пациенткой, Мари «Бланш» Витман, и просил сосредоточить на нем внимание. Через десять секунд «ее голова под собственной тяжестью склонилась набок… тело пришло в состояние полного расслабления; если наблюдатель поднимал ей руку, она снова тяжело опускалась»[116] [21]. Пока Мари Витман находилась под гипнозом, Шарко мог вызывать все виды галлюцинаций и симптомов, подобных тем, о которых сообщали его пациенты. Для врача значение гипноза состояло в том, что, воссоздавая симптомы, он мог получить представление о работе ума. Это произвело большое впечатление на австрийца, посетившего Сальпетриер, – Зигмунда Фрейда [22].

Шарко признавался, что не понимает, как именно работает гипноз, и что его не слишком волнует этот вопрос. «Сначала факты, потом теории», – сказал он. Но в 1881 году польский физиолог Рудольф Гейденгайн[117] заявил, что «суть феномена гипноза заключается в подавлении активности ганглиозных клеток коры головного мозга», которое вызывалось просто «мягкой длительной стимуляцией сенсорных нервов лица, слухового или зрительного нерва» [23]. Прямых доказательств этому не было, особенно в отношении активности «ганглиозных клеток коры головного мозга». Гипотеза звучала очень научно, но по сути представляла собой лишь предположение. Однако вместе с русским коллегой Николаем Александровичем Бубновым[118] Гейденгайн провел параллели между эффектами гипноза и морфия, которые, как утверждали исследователи, снижали способность человеческого организма обеспечивать «процессы торможения» [24]. Они выяснили, что стимуляция моторной коры больших полушарий может подавлять возбуждение в этих областях, и предположили, что нервные центры в мозге взаимодействуют между собой способом, напоминающим торможение, и порождают эффект контроля.

И Фрейд, и русский физиолог Иван Петрович Павлов[119] позже использовали концепцию торможения в своих работах о поведении, но оба ученых не испытывали особого интереса к исследованию мозга. Как только Фрейд встал на путь, который должен был привести его к созданию противоречивой, но очень влиятельной психоаналитической системы, он постепенно потерял интерес к материалистической основе психологии. В 1893 году Фрейд дистанцировался от попытки Шарко связать истерию с анатомией мозга:

«Я, напротив, утверждаю, что поражение при истерических параличах должно быть совершенно независимо от анатомии нервной системы, так как при параличах и других формах своего проявления истерия действует так, будто анатомии не существует или будто истерия не подозревает о ее сущестовании» [25].

Для Фрейда функция мозга не могла объяснить психологию. В 1915 году Фрейд признал наличие «неопровержимых доказательств того, что психическая деятельность связана с функцией мозга, как ни с каким другим органом». Но все-таки Фрейд настаивал на том, что его психоаналитическая теория «не имеет ничего общего с анатомией; она касается не анатомических структур, а областей в психическом аппарате, независимо от их возможного местоположения в теле» [26]. Как он объяснил в 1916 году: «Я не знаю ничего, что могло бы быть менее мне интересно для психологического понимания тревоги, чем знание нервного пути, по которому проходит возбуждение» [27].

Хотя в книге «Я и Оно», написанной в 1923 году, Фрейд мимоходом предположил, что существует «анатомическая аналогия» между предложенной им психологической моделью Эго и представлением тела в коре головного мозга, это, по мнению психоаналитика, не имело никакого значения для его теории. И наоборот, в рамках фрейдовской концепции ничего не говорилось о потенциальных поражениях мозга, соответствующих определенным психическим расстройствам.

Для Фрейда функция мозга не могла объяснить психологию.

Было одно маленькое исключение из этой общей тенденции. В 1895 году Фрейд неистово занялся написанием длинной рукописи, которая впоследствии стала известна как «Проект научной психологии». Фрейд не только не опубликовал эту работу, но и вскоре отрекся от нее, объяснив, что все это было «своего рода безумием» [28]. В своей странной работе Фрейд строил предположения, что мозг содержит три типа нервов и что некоторые из них действуют как соединительные трубки, причем каждый тип обладает различной степенью проницаемости, тем самым обеспечивая данным структурам возможность достичь главной, с точки зрения автора, цели – покоя. Основополагающей метафорой его умозрительной теоретической структуры была гидравлика – в работе неоднократно упоминается «поток» и даже «давление» в нервах. Какова бы ни была интеллектуальная связь между этим кратким теоретическим размышлением и полномасштабной психоаналитической концепцией Фрейда – последователи и противники расходятся во мнениях, – на самом деле он не мог сказать ничего нового или проницательного о том, как работает мозг.

Павлов первоначально интересовался физиологией пищеварения. И когда в 1890-х годах ученый расширил круг своей деятельности до изучения условных рефлексов (олицетворением которых стало слюноотделение собаки при звуке колокольчика[120]), он рассматривал торможение просто как явление, снижающее силу рефлекторной реакции. В конце концов Павлов попытался объединить изучение условных рефлексов с исследованиями функций мозга и даже с психиатрией, но не смог предложить никакого дальнейшего понимания того, как на самом деле работает мозг [29].

Эти две великие фигуры начала XX века оказали большое влияние на представления о поведении и психике, и их идеи повлияли на дальнейшее понимание мозга.

* * *

После торможения и контроля в 1860-х годах был открыт третий неожиданный аспект функционирования мозга. Его исследовал Герман фон Гельмгольц в «Руководстве по физиологической оптике», опубликованном в 1867 году. На протяжении веков многие философские дискуссии о разуме были сосредоточены на том, что происходит, когда мы воспринимаем объект. Здравый смысл подсказывал, что восприятие – это лишь последовательность физической стимуляции органов чувств. Мы видим то, что находится перед нами, как бы через окно. Но Гельмгольц понял, что все не так просто. На самом деле нервная система, и в особенности мозг, играет активную роль в построении процесса восприятия даже самых обыкновенных вещей. Мозг не только регистрирует объекты внешнего мира, он также выбирает, что и как именно представлять.

Даже самое элементарное восприятие предполагает, что мозг делает выводы о том, что происходит, а не просто наблюдает за окружением.

Отправной точкой воззрений Гельмгольца было существование иллюзий. Например, цветные узоры, которые можно увидеть при нажатии на глазные яблоки, или мучительное ощущение фантомной боли, когда человек продолжает чувствовать ампутированную конечность.

Даже самое элементарное восприятие предполагает, что мозг делает выводы о том, что происходит.

Гельмгольц был уверен, что подобные эффекты привели Мюллера к убеждению, будто у каждого нерва есть собственный вид энергии, но в действительности они были лишь «иллюзией суждения о материале, представленном чувствам, которая привела к рождению ложной идеи». Гельмгольц осознавал, что в таких случаях стимуляция нервов воспринимается либо как обычная сенсорная модальность (в случае давления на глазные яблоки), либо как реальное ощущение присутствия уже удаленной конечности. Его объяснение состояло в том, что мозг не просто регистрирует стимул, а скорее «делает заключение» о природе получаемой стимуляции. Это было что-то вроде вывода, вытекающего из логического силлогизма: функция глаза – распознавать свет, глазное яблоко стимулируется, следовательно, стимул должен состоять из света. Иллюзию фантомной конечности можно объяснить точно так же. «Все раздражения кожных нервов, даже когда они затрагивают ствол или сам нервный центр, воспринимаются как происходящие на внешней поверхности кожного покрова», – предположил Гельмгольц [30].

Ученый применил данное понимание к нормальному восприятию и утверждал, что, когда мы что-то воспринимаем, нервная система занята тем, что он назвал «бессознательными выводами» о природе воспринимаемого объекта. Восприятие – не просто впечатления, вызванные окружающей средой, а скорее «бессознательно сформированные индуктивные[121] выводы», писал он [31]. Объяснение Гельмгольца намекало на некий процесс в нервной системе, анализирующий ситуацию без участия разума. При достаточном повторении процесс становился совершенно бессознательным, утверждал ученый. Мы учимся воспринимать.

Другой «бессознательный вывод», описанный Гельмгольцем, заключался в том, как наш мозг выстраивает стереоскопическое, трехмерное представление о мире из немного различающихся изображений, воспринимаемых каждым глазом по отдельности (попробуйте попеременно открывать и закрывать каждый глаз, и увидите, как отличается картинка). Его коллега Вильгельм Вундт указывал, что где-то в зрительной системе мозга, прежде чем мы осознаем этот процесс, два изображения синтезируются в связный образ, благодаря чему мы сохраняем полноту восприятия. Впечатление о трехмерном мире создается мозгом из пары двухмерных образов без нашего ведома.

Мозг делает собственные выводы о мире прежде, чем мы поймем это.

Два других представителя немецкой школы физиологии, Эрнст Вебер и его ученик Густав Фехнер, выяснили, что способность находить различия между двумя стимулами изменяется с их амплитудой[122]. Например, чем тяжелее два объекта, тем существеннее должна быть разница между ними, чтобы мы смогли ее обнаружить. То же самое относится и к другим сенсорным модальностям, при этом наблюдается логарифмическая зависимость между интенсивностью раздражителя и величиной субъективного ощущения. Иначе говоря, мы очень хорошо улавливаем небольшие различия между низкоинтенсивными стимулами.

Мозг и сенсорные системы подчиняются определенным законам и делают собственные выводы о мире прежде, чем мы поймем это.

Гельмгольц бросил еще более дерзкий вызов тому, что мы думаем о восприятии. Ученый утверждал, что оно включает в себя что-то вроде фильтра. Поступающие раздражители мозг обрабатывает далеко не в равной степени. Во-первых, тело реагирует на окружающую среду и часто может соответствующим образом изменять восприятие, например вызывать расширение зрачков в темноте. Сам Гельмгольц писал: «Мы не пассивны по отношению к навязываемым нам впечатлениям – мы наблюдаем, то есть адаптируем работу органов к существующим условиям, что позволяет нам наиболее точно различать впечатления» [32].

Еще более тревожно может звучать новость, что в поле зрения любого человека есть слепое пятно, то есть область, которой мы буквально ничего не видим. Все потому, что на сетчатке есть особая зона, где зрительный нерв входит в глазное яблоко, и она не снабжена светочувствительными рецепторами. Слепое пятно находится немного правее или левее центра поля зрения в соответствующем глазу. Но мы не замечаем «лакуну» в собственном визуальном восприятии и даже не подозреваем о ее существовании, пока однажды специально не зададимся вопросом. Одна из причин данного феномена заключается в том, что глаза находятся в постоянном движении, пусть и незначительном, поэтому «выпадающий» из поля зрения кусочек непрерывно заполняется.

У любого человека есть область, которой мы буквально ничего не видим.

Еще один факт, особенно заинтересовавший Гельмгольца, раскрывает общий принцип того, как мозг обрабатывает стимулы. «Мы привыкли игнорировать все те части ощущений, которые не имеют решающего значения для внешних объектов», – писал исследователь [33]. Мозг просто игнорирует недостающий стимул и самостоятельно «дорисовывает» картинку, воссоздавая весьма размытое пространство, приблизительно основанное на окружающих формах и цветах, которое мы не замечаем. Гельмгольц предположил, что даже при работе с относительно простыми раздражителями мозг постоянно делает бессознательные выводы о природе объектов, которые воздействуют на нервную систему. Подразумевалось, что сложные структуры мозга каким-то образом способны выполнять логические операции не только без участия сознательной мысли, но и, по-видимому, делать это в качестве необходимого предварительного условия для ее появления [34]. Взгляд Гельмгольца на мозг как на активный орган и на восприятие как на несовершенный и избирательный процесс, формирующий картину мира, представлял собой крупный прорыв в понимании работы мозга, который до сих пор имеет определяющее значение. Это озарение было чистым продуктом научного открытия, без применения метафоры из сферы технологий.

Правда, в некотором отношении философия завоевала здесь первенство. Философы XVIII века, изучавшие восприятие, такие как Дэвид Юм[123] и Иммануил Кант[124], спорили о том, пришли ли идеи из мира (Юм) или в восприятии мы оперируем врожденными понятиями (Кант). Философы и историки размышляли о том, действительно ли Гельмгольц был кантианцем, но его взгляд на восприятие и функцию мозга соответствовал одному аспекту философии Канта, который находит отклик вплоть до наших дней [35]. Во втором издании «Критики чистого разума», опубликованном в 1787 году, Кант указывал, что некоторые особенности нашего восприятия даны априори, то есть не зависят от опыта[125]. Хотя Канта в первую очередь интересовали такие понятия, как пространство, время и мораль, он отметил ключевую особенность взаимодействия человека с окружающей средой. Наши органы чувств не являются открытыми «клапанами», механически пропускающими в мозг все раздражители без разбора. Напротив, мы лишь частично воспринимаем окружающий мир. Тривиальный пример: человек лишен возможности видеть в ультрафиолетовом спектре. Другие животные (насекомые и птицы) обладают такой способностью. Но стоит сказать, в человеческом мозге «предустановлены» и более сложные фильтры.

Мы лишь частично воспринимаем окружающий мир.

Многие ученые впоследствии ссылались на то, что в философской терминологии называют «кантовскими априорными синтетическими суждениями». Наша нервная система включает врожденную когнитивную и нейробиологическую структуру, которая фильтрует и обрабатывает «сырые» сенсорные данные, превращая их в целостную картину мира [36]. Для Гельмгольца мозг не просто регистрирует впечатления, он изменяет и интерпретирует их, строя бессознательные предположения [37].

* * *

Учитывая трудности понимания мозга в целом, многие физиологи предпочли исследовать новые идеи контроля и торможения, сосредоточившись на элементарных компонентах нервной системы. Такого подхода придерживался Чарльз Скотт Шеррингтон[126] из Ливерпульского университета, который хотел понять, как взаимодействуют нервы и мышцы, или рефлекторные дуги, в процессе порождения рефлекторного поведения [38]. Он рассматривал рефлекторную дугу как основную единицу нервной системы, а все сложные формы поведения представлялись ему комбинацией рефлексов. Комбинации могли объяснить, например, почему лягушка заметила движение мухи, прыгнула на нее, поймала и затем проглотила [39].

Согласно Шеррингтону, порог, необходимый для осуществления рефлекторного поведения, понижается активностью предшествовавшего ему рефлекторного действия. Таким образом, в общей цепи обеспечивается быстрый переход от одного рефлекса к другому и формируется единая согласованная сложная поведенческая реакция. Как и Стенсен 250 лет назад, он рассматривал животное как сложный механизм, который можно понять, исследуя его составные части. В «Интегративной деятельности нервной системы», знаковой монографии 1906 года (она переиздается до сих пор), обобщающей его идеи, он писал:

«Рассматривая животное как машину в действии, можно выделить из его общего поведения отдельные составляющие элементы, которые, соответственно, можно, хотя и искусственно, объяснить каждый в отдельности, а среди них и те рефлексы, которые мы пытались разбирать»[127] [40].

Шеррингтон предоставил подробный отчет о рефлексах у собак, в частности рассказал о рефлексе почесывания, который активируется, если стимулировать кожу на боку животного, вдоль рефлекторной дуги, и приводит к ритмичному почесывающему движению задней ногой (проведите такой опыт, почесав бок дружелюбной собаки – на кошках это работает не так хорошо). Шеррингтон показал, как каждый чувствительный нерв связан с определенным участком кожи (рецептивным полем), стимуляция которого заставляет реагировать нерв. Активация любого из этих нервов приводила к одному и тому же поведению – почесыванию – мышечному ответу, который ученый назвал «общим конечным путем»[128] рефлекторных дуг почесывания [41].

Здесь тоже действовало торможение – после того, как собака почесалась, рефлекс на некоторое время подавлялся, по-видимому, каким-то мозговым процессом, который можно было преодолеть с помощью таких препаратов, как стрихнин[129]. Шеррингтон был убежден, что значение торможения может ощущаться на высших уровнях функционирования мозга: «Торможение – явление центральное» [42].

Начав с изучения сравнительной анатомии животных, Шеррингтон полагал, что мозг на самом деле представляет собой просто еще один пучок нервов. Задача, по его словам, заключалась в том, чтобы объяснить «возможность преобладающей роли какого-либо сегмента над остальными» [43]. С точки зрения физиолога, мозг развился как «орган координации, в котором из одновременно прибегающих и разнообразных возбудительных процессов формируются упорядоченные акты, реакции, направленные на удовлетворение потребностей организма». С позиций эволюционной теории функция полушарий головного мозга, в частности у человека, состояла в обеспечении контроля над телом и его взаимодействием с окружающей средой, позволяя организму порождать широкий спектр адаптивных реакций. Понять, как это произошло, было задачей грядущего столетия. Шеррингтон сказал: «Главные усилия биологии должны быть безоговорочно направлены именно на изучение головного мозга, его физиологических и психологических атрибутов».

* * *

Хотя никто не утверждал, что может правильно объяснить деятельность мозга, каждый, кто писал об этом предмете, неизбежно раскрывал суть своих идей через слова, которые использовал, метафоры, которые применял, и рисунки, которые создавал. В 1880 году британский невролог Генри Чарльтон Бастиан обобщил современные знания о структуре и функциях мозга в книге «Мозг как орган разума» [44]. Слова, употребленные ученым в этой работе, обнаруживают смешение старого и нового. Исходной единицей его гипотезы были «впечатления», переносимые нервами, – старая метафора, предполагавшая наличие физического отпечатка сенсорного стимула на нерве. Эти впечатления «передавались» по «маршруту входящих волокон» к «центру» в мозге, где они «регистрировались». Затем, несмотря на «структурные связи», эти впечатления оказывались в «исходящих потоках», роль которых состояла в том, чтобы «привести в действие автоматический аппарат движения», как выражался Ферриер.

Представления Бастиана вряд ли могут быть рассмотрены как объяснительная модель или гипотеза о принципах функционирования мозга, но термины, которые использовал исследователь в своей работе, были связаны с давлением или водой (нет никаких указаний на то, что он имел в виду электрический ток). Расплывчатый термин «центр», широко употреблявшийся во второй половине XIX века, не имел никакой реальной соотнесенности и обозначал место, где нервы были сосредоточены в особенно больших количествах, и, возможно, употреблялся с оттенком локализации функции. Но идея регистрации впечатлений подразумевала какую-то физическую запись, в то время как образ, который Бастиан перенял у Ферриера, был чисто механическим и ассоциировался с паровой или какой-либо иной машиной, приходящей в движение после отпускания рычага управления.

Взгляды Шеррингтона, трудившегося четверть века спустя, не слишком продвинулись вперед. Несмотря на описание функции нерва в терминах электрической деятельности – как и другие, он говорил о «проводимости», – Шеррингтон для многих объяснений в основном использовал физические метафоры. Проводимость рефлекторной дуги, предположил он, «может быть описана как инерция и момент», таким образом, действие рефлекторной дуги было похоже скорее на натяжение эластичной ленты, а не на жесткий стержень [45]. Шеррингтон считал, что животное – это машина, которую можно понять, исследуя ее составляющие, и неизбежно применял старую механическую аналогию к мозгу. Как и все научные метафоры, его взгляд был ограничен технологиями того времени. Живя в век паровых машин, Шеррингтон обнаружил, что ему трудно смотреть дальше поршней и цилиндров, даже если они сделаны из мышц и хрящей, а не из железа и стали.

Чтобы разъяснить свои взгляды читателям, а может быть, и самим себе, многие исследователи составляли анатомические схемы нервной системы, в частности рефлекторных дуг спинного мозга. К ним не прилагалось никаких метафор – это не были «электрические схемы» (данная аналогия укрепилась только спустя десятилетия), – но были добавлены стрелки, указывающие, каким образом различные нервные центры влияют друг на друга.

Ученый Шеррингтон считал, что животное – это машина, которую можно понять, исследуя ее составляющие.

Схема идеи Шарко о том, как связаны различные части мозга. Аббревиатуры относятся к разным «центрам», существование которых предположил Шарко, и каждый из них имеет определенную функцию (зрение, слух, слуховая память и т. д.)

Например, в 1886 году Шарко представил рисунок, демонстрирующий различные центры, которые задействуются, когда мы слышим, говорим, видим или пишем слово cloche (колокол). Связи между различными «центрами», включая тот, что находится в верхней части фигуры и обозначен «ИЦ» (интеллектуальный центр), были в значительной степени воображаемыми. Но поскольку такого рода схемы предполагали, на каком уровне мог существовать тот или иной дефект, они также служили руководством для смелых или безрассудных хирургов, пытающихся проникнуть в мозг пациентов, и указывали, где искать определенные феномены, что вырезать, а что нет. Десятилетием ранее Ферриер также использовал стрелки, чтобы указать «центростремительное или центробежное направление», то есть идут ли нервные волокна наружу от центра или, наоборот, от периферии к центру [46]. В конечном счете, однако, все зашло немного дальше упрощенной анатомической схемы. Здесь не было ничего, что можно использовать для построения модели или гипотезы о том, что на самом деле происходит в указанных центрах или что движется по центростремительным и центробежным нервам.

В схеме Шеррингтона, составленной более чем через тридцать лет после рисунка Ферриера, добавлялось торможение, включая знаки «плюс» и «минус» и попытки описать рефлекторную функцию (в данном случае коленный рефлекс) в почти алгебраических терминах:

«Если мы обозначим возбуждение как конечный эффект знаком „плюс”, а торможение как конечное проявление знаком „минус”, то такой рефлекс, как чесательный, может быть назван рефлексом двойного знака, поскольку в нем развивается конечное возбуждение, а затем конечное торможение даже во время действия возбуждающего раздражителя» [47].

Схема Ферриера, изображающая организацию мозга

Шеррингтонская схема рефлексов спинного мозга. Обратите внимание на знаки «плюс» и «минус»

Применить схему к реальной нервной деятельности, трансформировав рисунок в обоснованную модель функции мозга, в то время было невозможно. Несмотря на то, что электростимуляция лежала в основе многих открытий последних десятилетий XIX века, она, как правило, рассматривалась как более тонкая и точная форма раздражения, которая может выявить определенную функцию. Чтобы тайное стало явным, чтобы нервное действие было правильно понято, а знание об основах мозговой деятельности формировало представления о том, как работает мозг, ученые сначала должны были понять, из чего на самом деле состоит этот орган.

7

Нейроны. Рубеж XIX–XX веков

Одним из величайших научных достижений XIX века стала клеточная теория – осознание того, что все организмы состоят из клеток и что клетки, в свою очередь, могут появляться только из других клеток. Осознание, демонстрирующее, что жизнь не возникает спонтанно. Биология нашла свою фундаментальную частицу. Одно из доказательств, которое привело к быстрому принятию этой теории, было получено в 1830-х годах чешским анатомом Яном Пуркинье[130], применившим усовершенствованный микроскоп для изучения тонких срезов человеческого мозжечка [1]. Вместе с одним из своих учеников, Габриэлем Валентином, Пуркинье обнаружил, что мозжечок состоит из «шариков» – грушеобразных структур, полных крошечных пятен. Эти шарики в совокупности составляли слой, который располагался чуть выше ряда длинных волокон. В 1838 году один из учеников Иоганна Мюллера, Роберт Ремак[131], показал, что каждое из данных волокон связано с одним из шариков. Это были клетки мозга.

Все организмы состоят из клеток, и они, в свою очередь, могут появляться только из других клеток.

Понимание того, что шарики и волокна являются компонентами нервных клеток и что мозг, как любая другая часть тела, состоит из клеток, популяризировал более десяти лет спустя (без признания заслуг Ремака[132]) швейцарский анатом Альберт фон Кёлликер[133] в своей широко известной книге «Справочник по гистологии человека». Нервные клетки, казалось, включали три составляющие: набор ветвей, называемых протоплазматическими астроцитами, тело нейрона, или сому, и, наконец, длинное трубчатое волокно, или осевой цилиндр[134].

Несмотря на имеющийся прогресс, возник серьезный спор о том, как организованы нервные клетки. Повсюду в теле клетки были дискретными единицами, каждая из которых ограничивалась мембраной. Но прекрасные точные рисунки фон Кёлликера говорили о том, что «шарики» и волокна Пуркинье образуют единую органическую сеть, поскольку волокна разветвляются на все более тонкие и, судя по всему, сливаются, формируя единую сетчатую или ретикулярную структуру. Более того, первые исследования полных нервных систем – медуз, не имеющих мозга, – показали, что нервы этих существ тоже организовывали своего рода сеть. Однако фон Кёлликер не поддерживал такую точку зрения. Он был убежден, что каждая нервная клетка представляет собой независимую структуру, но признавал, что не имеет прямых доказательств ошибочности ретикулярной теории. С помощью методов того времени было просто невозможно убедиться в том, что отростки разных клеток разделены, и фон Кёлликер сомневался, удастся ли когда-нибудь решить эту проблему.

В XIX веке биология нашла свою фундаментальную частицу – клетку.

Ответ стал намечаться в 1873 году, когда в лаборатории итальянского анатома Камилло Гольджи[135] случился небольшой инцидент. Он пролил немного нитрата серебра на кусочек ткани, предварительно затвердевший после использования дихромата калия. К его досаде, реакция двух химикатов заставила ткань почернеть, очевидно испортив ее. Но когда Гольджи посмотрел на образец под микроскопом, то обнаружил, что окрашена была только крошечная часть нервных клеток и теперь их можно было различить до мельчайших деталей, так как они четко выделялись на светлом фоне в виде черных силуэтов. Парадоксально, но благодаря тому, что окрасились лишь очень немногие клетки, можно было точно описать структуру отдельных из них. Если бы окрасились все, результат представлял бы собой сплошной, непроницаемый сгусток, не поддающийся расшифровке [2].

В течение следующих нескольких лет Гольджи использовал эту замысловатую технику – которую первоначально называли «черной реакцией», но вскоре переименовали просто в «метод Гольджи» или «пятно Гольджи» – для исследования частей мозга позвоночных: мозжечка, обонятельной луковицы, гиппокампа и спинного мозга. Мир, который Гольджи видел в микроскоп, был невообразимо сложен – ветвление нервов, обнаруженное с помощью более ранних методов, оказалось только началом. Выяснилось, что отростки разветвляются, и ответвления этих отростков тоже снова разветвляются.

Несмотря на увеличенное разрешение, обеспечиваемое новой технологией, было все еще невозможно рассмотреть, действительно ли тончайшие переплетенные отростки двух соседних нервных клеток независимы. Гольджи был убежден, что они действительно разделены, но, придерживаясь ретикулярной теории, утверждал, что нервные клетки слиты на уровне осевых цилиндров (аксонов). Хотя Гольджи признавал потенциальное наличие химических или иных особенностей, соответствующих функциональным различиям между клетками мозга, он все же полагал, что любая активность нервной клетки будет распространена по всей гипотетической сети [3]. Как писал сам ученый: «Конечно, речь идет не об изолированном действии отдельных клеток, но об одновременной активности обширных групп». Гольджи был настолько в этом уверен, что в 1883 году сделал очевидный вывод о том, как работает мозг, и отверг любую идею локализации функций. Несмотря на то, что исследователь высоко ценил «навечно прославленные» результаты фон Фрича и Гитцига и признавал, что не может отрицать «физиологическую доктрину, которая приписывает различным извилинам различные функции», он тем не менее заключил:

«Нельзя сказать, чтоб концепция так называемой локализации мозговых функций, взятая в строгом смысле (то есть что определенные функции могут быть соотнесены с конкретной, точно ограниченной зоной мозга), каким-либо образом подтверждалась результатами анатомических исследований мельчайших структур».

Гольджи определенно был на стороне тех, кто выступал против локализации.

* * *

Метод Гольджи был известен трудностью в освоении, и потребовалось несколько лет, чтобы он получил широкое распространение. Когда другие исследователи в конце концов опубликовали свои наблюдения, то не согласились с ученым в одном важном отношении. В середине 1880-х годов Вильгельм Гис[136] из Лейпцигского университета сообщил, что не видит слияния между нервными клетками, и пришел к выводу, что они действительно являются независимыми структурами, как и другие клетки. Он также придумал новый термин для описания сложной древовидной части нервной клетки – дендрит, от древнегреческого слова «дерево» (dendron). Примерно в то же время швейцарский ученый Огюст Форель[137] разрезал нервное волокно, ведущее к языку, а затем, спустя несколько дней, изучил, какие ткани в мозге умерли, потому что они были фактически лишены питания. К удивлению Фореля, поражение наблюдалось лишь на крошечном участке мозга, что свидетельствовало о том, что нервные клетки не были связаны между собой. Очень специфическая и ограниченная дегенерация, обнаруженная ученым, предполагала, что каждое клеточное тело и его дендриты образуют единое целое.

Нервные клетки являются независимыми структурами, как и другие виды клеток.

Последний удар по ретикулярной теории нервной системы нанес Сантьяго Рамон-и-Кахаль, испанский нейроанатом, чей вклад в науку сравним с заслугами Везалия. Кахаль, как известно, был не только искусным анатомом, но также талантливым художником и фотографом – он даже изобрел собственный способ изготовления цветных фотографий. В лаборатории ученого в 1885 году был снят знаменитый автопортрет: Кахаль сидит за столом с тремя микроскопами, подперев голову рукой, в заляпанном халате и стильной шапочке. Позади него полки с бутылками и флаконами, содержащими химические вещества, – ключ к разгадке скрытой структуры и функции мозга. Как сам Кахаль выразился позднее: «Мы видели, что точное понимание устройства мозга представляет величайший интерес для построения рациональной психологии. Понять мозг, говорили мы, равносильно выяснению материального пути мысли и воли» [4].

Мир Кахаля изменился в 1888 году, который он назвал своим «величайшим годом, годом удачи» [5]. Коллега из Мадрида показал ему несколько нервных клеток, окрашенных по методу Гольджи; описание Кахаля того, что он видел, дает яркое представление о силе этого метода:

«Какое неожиданное зрелище! На совершенно чистом желтом фоне я видел аккуратно распределенные черные нити, некоторые тонкие и гладкие, другие толстые и лохматые, и темные структуры – треугольные, звездообразные или веретенообразные. Они были словно нарисованы китайской тушью на прозрачной японской бумаге. Любого, кто привык к хитросплетенным зарослям, проступающим на окрашенной кармином[138] или кампешем[139] ткани и заставляющим строить догадки, это приводило в глубокое замешательство. Здесь все было ясно и просто. Не было никакой необходимости гадать. Все, что требовалось, – это посмотреть… Пораженный, я не мог оторваться от микроскопа» [6].

Как бы это ни было потрясающе, Кахаль вскоре нашел способы улучшить использование пятна Гольджи. Изучая незрелый мозг различных животных, включая птиц и рыб, и используя ряд технических ухищрений, таких как более толстые срезы и повторное окрашивание, Кахаль сделал метод более надежным и информативным. Его иллюстрации, часть из которых до сих пор остаются непревзойденными, показали структуру мозга в мельчайших деталях и очень любимы современными нейробиологами за их ясность, значимость и красоту. Но и они были искусственными построениями. Как охотно признавал сам Кахаль, каждая фигура включала в себя результаты наблюдения множества различных микроскопических срезов мозга, которые он затем кропотливо собирал в единый высокоинформативный образ. Изображения были точными, но их достоверность не исключала искусственности.

Мозг и периферические органы чувств, такие как сетчатка, имеют четкую структуру.

Наблюдения Кахаля выявили, что мозг и периферические органы чувств, такие как сетчатка, имеют четкую, но загадочную структуру. Дендриты клеток были ориентированы на внешнюю среду, в то время как осевые цилиндры располагались ближе к центру мозга. Используя свою версию метода окрашивания Гольджи, Кахаль смог увидеть, что у нервных клеток много различных форм и что похожие по форме клетки группируются слоями. Напрашивался вывод, что такая организация неким образом связана с особенностями функционирования мозга, хотя Кахаль не мог себе представить, как именно. Но он опирался на свои филигранные наблюдения, чтобы разрешить непростой вопрос о том, образуют ли нервные клетки сеть.

Во-первых, он показал, что аксоны не были слиты воедино, как утверждал Гольджи. Затем он предположил, что дендриты тоже не были слившимися и не питали клетки, а выполняли жизненно важную функцию. Его объяснение породило наиболее сложную технологическую метафору того времени – телеграф. Кахаль предположил, что клетки Пуркинье в мозжечке связаны с другим типом нервных клеток, гранулярными, «подобно тому, как телеграфный столб поддерживает передающий кабель», а дендриты обеспечивают «контакт» с соседними нейронами.

Использование Кахалем сравнения с телеграфом совпало с аналогией, созданной французским анатомом Луи-Антуаном Ранвье[140] в 1878 году. Тогда он предположил, что миелиновое покрытие, видимое снаружи двигательных и сенсорных нервов у позвоночных, действует как своего рода изоляция, вроде той, что применяется для изготовления подводных телеграфных кабелей [7]. Кахаль показал, что структура обонятельной луковицы служит примером того, как дендриты принимают «токи от нервных волокон». Отростки сенсорных клеток носовой полости сходятся в мозге, образуя серию круглых масс, известных как клубочки, а дендриты другого класса клеток соединены с этими массами, и их аксоны уходят глубже в мозг. Кахаль показал, что в сетчатке можно обнаружить столь же точную, но совершенно иную анатомическую организацию [8].

В октябре 1889 года Кахаль отправился на Берлинский конгресс Немецкого анатомического общества, где показал свои удивительные предметные стекла для микроскопа. Позже он вспоминал:

«Я начал объяснять любопытным на плохом французском языке содержание моих препаратов. Некоторые гистологи подошли ближе, но их было буквально несколько человек… Несомненно, они ожидали фиаско. Однако, когда их взору открылась вереница безукоризненно отчетливых образов… надменные, хмурые лица прояснились. Наконец предубеждение против скромного испанского анатома исчезло, и последовали теплые и искренние поздравления» [9].

Одним из тех, кого так впечатлило увиденное под микроскопом – клетки, окрашенные в темно-красный или черный цвета, ярко выделись на желтом фоне, – был старейшина нейроанатомии фон Кёлликер. Он вскоре распространил результаты исследований Кахаля и привлек внимание международного научного сообщества к его работе. Кахаль вспоминал, что «его идеи обрели известность и были по достоинству оценены академическими кругами благодаря великому авторитету Кёлликера» [10].

Исследования Кахаля, фон Кёлликера и других, в свою очередь, были дополнены в 1891 году немецким анатомом Вильгельмом фон Вальдейером, который сообщил, что работа норвежского студента, будущего полярного исследователя Фритьофа Нансена[141], показала, что слияния нервных клеток не происходит [11]. Опираясь на имевшиеся доказательства, фон Вальдейер утверждал, что нервные клетки представляют собой отдельные, дискретные образования, которые он назвал нейронами (от греческого слова, которое означает «волокно, нерв»)[142] [12]. Еще один важный шаг в создании современной нейроанатомической терминологии был совершен в 1896 году. Тогда фон Кёлликер в возрасте восьмидесяти лет придумал понятие «аксон» для обозначения осевого цилиндра [13]. Все стало на свои места, и концепция, вскоре получившая известность под названием «нейронная теория» или «нейронная доктрина», легла в основу всех последующих исследований нервной системы [14].

Ученый фон Вайльдейер дал название нервным клеткам – нейроны.

Тем не менее Гольджи продолжал отрицать, что нейроны являются независимыми клетками. Спор продолжался до 1906 года, когда Гольджи и Кахаль были совместно удостоены Нобелевской премии (впервые они встретились на церемонии вручения в Стокгольме). Гольджи принял награду неохотно и довольно капризно, полностью сосредоточившись на своей оппозиции нейронной теории и подчеркивая, что для него нервная система, и в частности мозг, обладает «унитарным действием». Он был убежден, что организация различных областей в мозге ничего не говорит о функциях: «Специфическая функция зависит не от особенностей организации центров, а скорее от своеобразия периферических органов, предназначенных для приема и передачи импульсов» [15].

Гольджи считал, что различные органы чувств порождают особые виды сенсорной активности, точно так же, как полвека назад Мюллер доказывал свой «закон специфической энергии». Несмотря на огромный вклад Гольджи в науку, его взгляды явно устарели.

* * *

В феврале 1894 года Кахаль выступил с престижной лекцией в Лондонском королевском обществе. Он проанализировал результаты микроскопических исследований структуры мозга, накопленные более чем за 50 лет, описал собственный уникальный вклад и изучил различные способы понимания того, как работает мозг [16]. Исходным пунктом его позиции стало широко распространенное мнение о том, что мозг млекопитающих представляет собой «тонко настроенный, сложный механизм, который только можно отыскать в природе» [17]. Но в отличие от мыслителей предыдущих эпох, Кахаль сумел представить то, что называл единицами данной структуры, и предположил, что они функционировали примерно как компоненты телеграфных сетей, покрывавших на тот момент бо́льшую часть Европы и Северной Америки:

«Нервная клетка состоит из аппарата для приема импульсов, как это видно на дендритных расширениях и теле клетки, аппарата для передачи, представленного цилиндром с удлиненной осью, и аппарата для деления или распределения, представленного концевым разветвлением нервных окончаний» [18].

Три функции различных частей нейрона – прием, передача и распределение – были подкреплены иллюстрациями, сопровождавшими лекцию. На изображениях также были указаны специальные стрелки, которые Кахаль добавил в 1891 году: они указывали «вероятное направление нервных токов и динамическое взаимодействие клеток» [19]. Довольно неуклюже Кахаль описал это как принцип динамической поляризации нейронов:

«В органах, где происхождение возбуждения хорошо установлено, мы видим, что клетки поляризованы, так что нервный ток всегда входит через протоплазматический аппарат [дендрит. – Прим. ред.] или тело клетки и выходит через осевой цилиндр [аксон. – Прим. ред.], который передает его новому протоплазматическому аппарату» [20].

Кахаль был не единственным, кому пришла в голову эта идея, – примерно в то же время бельгийский нейроанатом Артур ван Гехухтен выдвинул аналогичные предложения [21]. Принцип, что нервный ток может идти только в одном направлении[143], был очевиден, когда дело касалось микроскопической организации сенсорных систем, таких как сетчатка, – сенсорные впечатления перемещались от периферии к центру. Этот принцип также был известен на протяжении десятилетий на масштабном уровне нервных волокон.

У нейрона есть три функции: прием, передача и распределение.

К 1830-м годам, после исследований британского анатома сэра Чарлза Белла[144] и французского физиолога Франсуа Мажанди, было принято, что рефлекторные дуги в спинном мозге работают только в одном направлении. Постукивание по сухожилию ниже колена заставляет мышцу бедра сокращаться, но нельзя стимулировать бедро и заставить реагировать сухожилие.

В то же время, когда Кахаль и ван Гехухтен развивали свои идеи однонаправленной функции на микроскопическом уровне, один из первопроходцев в сфере психологии, Уильям Джеймс, обобщил результаты анатомических и функциональных исследований нервов, мышц и путей создания рефлекторных дуг. Вот что он писал в книге 1890 года «Принципы психологии»:

«Все пути однонаправленны, то есть идут от „сенсорных” к „двигательным” клеткам и от двигательных клеток к мышцам, никогда не меняя направления. Двигательная клетка, например, не пробуждает сенсорную клетку непосредственно, но только через входящий ток, вызванный телодвижениями, к которым приводит ее разряд. И сенсорная клетка всегда разряжается или обычно стремится разряжаться в направлении двигательной области. Пусть это направление будет называться „прямым”. Я описываю данный закон как гипотезу, но на самом деле он представляет собой несомненную истину» [22].

Чтобы укрепить эту точку зрения, Джеймс сопроводил свои рассуждения рядом изображений, иллюстрирующих организацию различных типов клеток.

На его рисунках все клетки образовывали нечто вроде сети, и для обозначения направления гипотетических нервных токов использовались стрелки, как у Кахаля, но годом ранее.

Несмотря на высокоорганизованную структуру нервной системы, взгляд Кахаля на принципы ее работы был далек от механического. Сложные паттерны ветвления дендритов предполагали, что функция может включать в себя альтернативные пути, в зависимости от силы того, что Кахаль называл чувственным впечатлением. Слабое возбуждение проходит непосредственно вниз по сети, в то время как более сильное, предположил Кахаль, может распространиться через отростки на соседние клетки, и в результате «вся система коротких контрлатеральных ветвей подвергнется воздействию» [23].

Рисунок Кахаля, на котором изображена сетчатка. Свет обнаруживается клеткой сетчатки, помеченной буквой А

Хотя он подчеркивал очевидное сходство между функциями различных частей нейрона и работой телеграфной системы (прием → передача → распределение), Кахаль догадывался, что телеграф не является хорошей моделью для описания того, как работает мозг [24]. Изучение эмбрионального развития подсказывало ему, что сложность нервной системы зависит не только от количества содержащихся в ней единиц, но и от связей между этими единицами; связей, которые изменяются с опытом.

Телеграф раньше являлся моделью для описания того, как работает мозг.

Кахаль полагал, что опыт ведет к «большему развитию протоплазменного аппарата и системы коллатеральных нервных ветвей». Это относилось не только к усилению существующих ассоциаций, но и к «созданию совершенно новых межклеточных связей» [25]. Обучение, утверждал Кахаль, служит увеличению коннективности[145] и раскрывает особое свойство нервной ткани, которое бельгийский врач и педагог Жан Демор назвал пластичностью нейронов головного мозга [26]. Кахаль осознал, что пластичность находится за рамками метафоры телеграфной сети, которая, следовательно, дает весьма ограниченное представление о работе мозга:

«Непрерывная заранее установленная сеть – своего рода переплетение телеграфных проводов, в котором не могут быть созданы ни новые узлы, ни новые линии, – есть нечто жесткое, стабильное, не поддающееся изменению. Это противоречит широко распространенному представлению о том, что орган мысли в определенных пределах податлив и способен самосовершенствоваться, прежде всего во время развития, посредством хорошо направленных умственных упражнений».

Не отыскав более подходящего для аналогии образа, Кахаль вернулся к описанию мозга в терминах других форм живой материи:

«Рискуя сделать надуманное сравнение, я бы защитил эту идею, сказав, что кора головного мозга подобна саду, полному бесконечного числа деревьев – пирамидальных нейронов, – которые при тщательном уходе могут сильнее ветвиться, глубже пускать корни и производить все более разнообразные и изысканные цветы и плоды» [27].

Другие мыслители не боялись использовать более современные технологические метафоры для объяснения работы мозга. В предисловии к работе «Новые представления о строении нервной системы» (Les Nouvelles idées sur la structure du système nerveux, 1894) французский анатом Матиас-Мария Дюваль[146] отметил независимость нервных клеток, которая подразумевает, что нервная система и ее функции не фиксированы, а, как он выразился, податливы:

«На своем протяжении нервные пути, обеспечивающие проводимость и ассоциации, по-видимому, наделены бесконечной серией переключателей. Таким образом, мы видим, что с помощью упражнений можно усилить передачу по отдельным специфическим маршрутам в соответствии с приобретенными навыками» [28].

Идея Дюваля состояла в том, что органические структуры, которые ведут себя как переключатели, позволяют даже анатомически жесткой структуре быть функционально пластичной. Нервные импульсы могут двигаться различными маршрутами, перемещаться по различным путям в зависимости от опыта. Это самое раннее обнаруженное мной предположение, что нервная система содержит переключатели, хотя на тот момент данное слово использовалось по отношению к электричеству уже более тридцати лет.

Два года спустя, в эссе «Материя и память», французский философ Анри Бергсон использовал аналогичную современную метафору, чтобы объяснить способности мозга. По иронии судьбы, Бергсон выбрал ее, чтобы преуменьшить значение мозга. Он занимал идеалистическую позицию относительно природы разума и считал, что мышление и деятельность мозга – не одно и то же. Но предложенное им сравнение мозговых функций и наиболее современных технологий того времени говорило само за себя. Бергсон писал:

«Головной мозг должен быть не чем иным, как своего рода центральной телефонной станцией: его роль „дать соединение” или задержать его… Он действительно представляет центр, в котором периферическое возбуждение связывается с тем или другим двигательным механизмом, но уже избранным произвольно, а не навязанным внешней необходимостью» [29].

Телефонные станции появились за 20 лет до того, как Бергсон прибегнул к данной аналогии. Они работали так: когда звонивший брал трубку, над гнездом, представляющим номер вызывающего абонента, загоралась лампочка. Оператор вручную подключал кабель к нужному гнезду, спрашивал у звонившего номер, по которому тот хотел позвонить, а затем вставлял другой конец кабеля в гнездо, соответствующее названному номеру. Оно было привязано к точному местоположению, если находилось в зоне действия телефонной станции, в противном случае использовалось гнездо более дальней телефонной станции, где процесс повторялся.

Нервные импульсы могут перемещаться по различным путям в зависимости от опыта.

Параллель между телефонной станцией и мозгом была популяризирована на самом авторитетном общественном научном мероприятии Великобритании – Рождественских лекциях Королевского института. В 1916–1917 годах, в середине Первой мировой войны, профессор Артур Кизс[147] прочитал серию лекций «Двигатели человеческого тела». Слушателями в основном были дети, поэтому Кизс говорил довольно простым и понятным языком. В лекции о нервной системе он провел параллель между клетками мозга и операторами на телефонной станции, которых он рассматривал как релейное устройство [30]. Продолжая сравнение, Кизс сосредоточился на рефлексах, не подчиненных сознательному контролю: от щекотки до целой цепочки реакций слезоточения, вызванной соринкой в глазу. Ученый тщетно пытался раскрыть тайну волевого поведения, используя пример с камнем, попавшим в ботинок. По сути, Кизс так ничего и не объяснил. Сообщив, каким образом болевой сигнал достигает мозга, он продолжил:

«Чтобы получить облегчение, необходимо активировать „моторные клетки” коры… Они управляют двигательными единицами на местных „коммутаторных станциях” и направляют свои усилия на то, чтобы мышцы выполняли движения, которые определяются операциями, осуществляемыми на „станциях” коры головного мозга» [31].

Это не объясняет, каким образом мотонейроны узнают о необходимости уменьшить боль, как данный результат выбирается мозгом из множества других паттернов активности или как клетки понимают, когда следует приостановить свою «болеутоляющую» функцию. Несомненно, идея о том, что каждый сигнал, посылаемый мозгом, имеет конкретный пункт назначения, весьма убедительна. Правда, если понимать ее буквально, она означает, что каждая клетка сообщается только с одной другой клеткой и нейропередача линейна. Нейроанатомия показала, что это совершенно наивное представление.

Тем не менее значение расширенной метафоры Кизса состояло в том, что он определил функции компонентов нервной системы – передатчиков, входящих и исходящих сообщений, реле или «переключателей» – посредством технологического сравнения. Этот пример научно-популярной коммуникации показывает, как трансформировалось восприятие работы мозга в результате развития анатомического знания и одновременного усовершенствования технологий того времени.

Кизс сравнил спинной мозг (справа) и телефонную станцию (слева)

Кахаль не использовал никаких технологических метафор, но в 1899 году исследователь достаточно смело предположил, что сложнейшая нейронная сеть в человеческом мозге может порождать осознание:

«Импульс вызывает химические изменения в концевых разветвлениях нейронов, которые, действуя в свою очередь как физико-химический стимул на протоплазму других нейронов, создают в них новые токи. Состояние сознания, надо предполагать, связано с химическими реакциями, спровоцированными в нейронах нервными окончаниями» [32].

Хотя это утверждение общепринято сегодня, для Кахаля оно было скорее символом веры, чем научным объяснением. Он не мог предложить никакого механизма или аналогии, которая помогла бы объяснить, как именно химические изменения могут порождать сознание. Честно говоря, более века спустя мы не продвинулись дальше.

* * *

В начале XX века ученые, изучавшие работу нервной системы, столкнулись с серьезной проблемой. Кахаль и другие исследователи выяснили, что нейроны являются независимыми структурами. Также было известно, что некий электрический заряд передается по нейронам – от дендрита к аксону, – подобно тому, как сообщение следует по телеграфному или телефонному проводу. Происходившее далее представлялось менее ясным. Если бы все нейроны являлись частью большой нейронной сети, как предположили Гольджи и другие, то этот заряд просто нашел бы свой путь через сеть. Но нервная организация у большинства животных была совершенно иной. Каким-то образом нервный импульс передавался от одной клетки к другой, хотя они были разделены.

Электрический заряд передается по нейронам подобно тому, как сообщение следует по телеграфному или телефонному проводу.

Для Кахаля наиболее близкая аналогия происходящему была найдена в мире техники: «Ток должен передаваться от одной клетки к другой путем соприкосновения или контакта, как при соединении двух телеграфных проводов» [33]. Но это была в лучшем случае всего лишь гипотеза, а в действительности – просто предположение. Несмотря на свои навыки, Кахаль не имел доказательств того, что происходит, когда встречаются два нейрона, и как передается электрический заряд.

Иногда проблема должна быть названа, прежде чем ее можно будет полностью понять. В данном случае прорыв в исследовании нейропередачи начался с точного наименования места, где встречаются два нейрона. В 1897 году Шеррингтона попросили поучаствовать в подготовке нового издания «Учебника физиологии» под редакцией Майкла Фостера, профессора физиологии в Кембридже. В своей главе Шеррингтон ввел термин, описывающий взаимодействие двух нервных клеток:

«Исходя из доступного на сегодня знания, мы склоняемся к мысли, что кончик ветви древовидного образования не является непрерывным, а просто соприкасается с субстанцией дендрита или клеточного тела, на которое воздействует. Такое особое соединение одной нервной клетки с другой можно было бы назвать синапсисом» [34].

Термин «синапсис» был образован Шеррингтоном от греческого слова, значащего «застежка, замок, объятие», потому что казалось, что древовидное сплетение аксона принимающей сигнал клетки охватывает дендриты следующей клетки. В течение двух лет термин «синапсис», уже использовавшийся в клеточной биологии, стал «синапсом», который мы используем сегодня.

Шеррингтон пошел дальше простого наименования этого нейроанатомического пространства: исследователь предположил, что это не просто пассивный промежуток между двумя клетками, но что он может фактически менять природу нервного импульса, когда тот переходит от одной клетки к другой:

«Мы, вероятно, можем допустить, что каждый синапсис предоставляет возможность для изменения характера нервных импульсов, что импульс, переходя от терминали аксона к дендриту другой клетки, запускает в нем импульс, отличный по характеру от его собственного» [35].

В 1906 году Шеррингтон развил свои идеи о синапсе в «Интегративной деятельности нервной системы», пытаясь связать новые открытия в области нейроанатомии с тем, что уже было известно о нервной функции. По Шеррингтону, нервные клетки «обладают весьма выраженной способностью к распространению (проведению) различных состояний возбуждения (нервных импульсов), которые возникают в них», и эти нервные импульсы затем включаются в нервную систему, продуцируя соответствующее поведение [36]. Интеграция работает «посредством живых линий стационарных клеток, вдоль которых она рассылает волны физико-химических сдвигов, которые, в свою очередь, действуют как начала, высвобождающие энергии отдаленных органов, до которых эти волны доходят». Точная природа этого явления была все еще неясна, но описание Шеррингтоном того, что делают нервные системы, с использованием смеси физико-химических и телеграфных метафор, ознаменовало изменение взглядов XIX века. Более того, описывая синапсы как «поверхности раздела», Шеррингтон сосредоточил внимание на до сих пор неизвестных микроскопических поперечных мембранах – поверхностях аксона и дендрита, – указывая, что их поведение может содержать ответ на вопрос, что происходит, когда нервный импульс движется от нейрона к нейрону.

Отправной точкой рассуждений Шеррингтона была физическая структура нейрона, которую он описал как «проводящую единицу, внутри которой большое число отростков (дендритов) конвергируют, встречаются и сливаются в одном исходящем островке (аксоне)». «Через эту древовидную структуру – продолжает Шеррингтон, – нервные импульсы протекают, как вода внутри дерева – от корней к стволу» [37]. Хотя подобная метафора может показаться старомодной, рассмотрение функций нервов в понятиях движения воды ничем не отличалось от того, как описывалось (и до сих пор описывается) движение электрического тока. Но когда дело дошло до синапса, аналогия с водой перестала работать, потому что что-то должно было пройти через этот промежуток. Когда Шеррингтон изучил имеющиеся данные, показывающие, что происходит с нервным импульсом по обе стороны синапса, он понял, что появляется еще один вид воронки, который предполагает, что синапс работает как ряд падающих домино:

«В каждом синапсе небольшое количество энергии, высвобождающееся в процессе передачи, проявляется в виде силы, позволяющей свежим порциям энергии распространяться не вдоль гомогенной среды проводящего материала, как это происходит в нерве, но преодолевать барьер, который, будь он значительным или незначительным, тем не менее всегда оказывается препятствием».

Под этим барьером Шеррингтон имеет в виду синапс, который производит «сопротивление» в «проводящей цепи» нейронов. Как следствие, рефлекторный путь имеет «клапанный характер» – рефлексы работают только в одном направлении.

Принцип динамической поляризации нейрона был сформулирован Рамон-и-Кахалем для объяснения односторонней активности нейронов. Когда она сочеталась с работой синаптических поверхностей, рефлекторная цепь вела себя так, как если бы содержала клапаны (источником терминов вроде «клапан» или «цепь» служила сфера систем водоснабжения). Шеррингтон предположил, что причина «клапанного» поведения поверхностей раздела «может заключаться в синаптической мембране, более проницаемой в одном направлении, чем в другом». Нечто подобное недавно было обнаружено в отношении соли, движущейся по стенке кишечника [38]. Суть синаптической функции, по-видимому, крылась в структуре мембран двух вовлеченных клеток.

Чтобы установить точную природу процессов, протекающих в синапсе, потребовались десятилетия напряженной работы, поскольку представители двух научных лагерей вступили в одну из самых долгих академических дискуссий XX века, ставшей известной по названием «война супов и искр» (the war of the soups and the sparks) [39].

* * *

В 1877 году Дюбуа-Реймон попытался понять, как возбуждение нерва может вызвать сокращение мышцы. Он предложил два варианта, ставшие итогом семидесяти лет размышлений над этим вопросом:

«Из известных естественных процессов, способных передавать возбуждение, на мой взгляд, стоит говорить только о двух: либо на границе саркомеров существует стимулирующая субстанция в виде тонкого слоя аммиака, молочной кислоты или какого-либо другого мощного стимулирующего вещества, либо явление имеет электрическую природу» [40].

Иными словами, либо нервные клетки воздействовали на мышцу путем некой химической реакции, либо от нерва к мышце шел электрический заряд, непосредственно провоцирующий сокращение.

Возбуждение нерва может вызвать сокращение мышц либо путем химической реакции, либо электрическим зарядом.

До конца XIX века большинство исследований функций нервов касалось контролируемого движения, включая хорошо изученные рефлекторные дуги спинного мозга. Но есть и другие части нервной системы, которые не участвуют в движении: к примеру, блуждающий нерв, управляющий сердечным ритмом и обеспечивающий доказательство торможения в нервной системе. Речь идет о вегетативной (автономной) нервной системе – термин был введен кембриджским физиологом Джоном Ленгли, который, как и Шеррингтон, являлся учеником Фостера [41].

На рубеже XX века Ленгли начал изучать автономный контроль внутренних органов (включая слюнные железы, желудок, поджелудочную железу, печень, мочевой пузырь, кишечник и пенис). Давно было известно, что наркотические вещества вроде кураре[148] способны влиять на работу вегетативной нервной системы или даже полностью ее блокировать. К концу XIX века стало ясно, что воздействие оказывается на нервно-мышечный синапс – область, где вегетативный нерв вступает в контакт с мышцей. Ленгли изучал действие адреналина, гормона, синтезируемого парой маленьких эндокринных желез, расположенных чуть выше почек (отсюда и название – надпочечники), которые, как известно, являются жизненно необходимыми органами. Исследователь обнаружил, что адреналин в основном дает тот же эффект, что наблюдается и при активации вегетативной нервной системы: подавляется работа кишечника и мочевого пузыря, расширяются зрачки и повышается артериальное давление. Несколько лет спустя коллега Ленгли, Томас Эллиотт, пришел к выводу, что «адреналин может быть химическим стимулятором, высвобождаемым каждый раз, когда импульс достигает периферии» [42]. Правда, Эллиотт полагал, что адреналин выделяется органом под воздействием нервного импульса, а не вырабатывается самим нервом. Действительно, в 1921 году Ленгли – педантичный приверженец фактов и враг всяческих спекуляций – отверг идею о том, что адреналин может действовать в синапсе, «поскольку в таком случае процесс будет включать выделение вещества из нервных окончаний», а это было невозможно [43].

Одним из тех, кто выяснил, что нервы действительно вырабатывают некую субстанцию, был другой британский ученый, Генри Дейл[149]. В годы, предшествовавшие Первой мировой войне, он изучал физиологические эффекты экстрактов спорыньи[150], включая те, что могут воспроизводить действие адреналина и стимуляции вегетативной нервной системы. Одним из первых открытий Дейла было то, что такие вещества, как никотин, изменяют функционирование вегетативной системы. Дейл обнаружил, что один из экстрактов спорыньи, ацетилхолин, в основном замедляет сердечный ритм (когда исследователь впервые ввел его кошке, то подумал, что убил животное, так как не смог услышать сердцебиения) [44]. Поначалу Дейл был убежден, что ацетилхолин – не более чем мощный наркотик, потому что не располагал никакими доказательстами того, что данное вещество или подобное ему присутствует в организме [45]. Ученый постепенно наблюдал все больше свидетельств того, как различные химические соединения активируют либо замедляют активность вегетативной нервной системы. Но, ввиду отсутствия прямых подтверждений, Дейл упорно избегал предположения, что исследуемые им вещества присутствуют в организме естественным образом.

Прорыв произошел в 1920 году, когда немецкий физиолог Отто Лёви[151] увидел сон, сосредоточенный на идее, которую он обсуждал с Эллиоттом много лет назад. Идее о возможности того, что химические вещества могут высвобождаться во время стимуляции мышц нервом. Отто Леви приснился сон об идее, которую он обсуждал с Эллиоттом много лет назад. История сновидения, рассказанная им сорок лет спустя, была такова:

«Я проснулся, включил свет, бегло набросал несколько фраз на клочке тонкой бумаги. Потом я снова уснул. В шесть часов утра мне пришло в голову, что ночью я записал что-то очень важное, но мне не удалось расшифровать эти каракули. На следующую ночь, в три часа, идея вернулась. Это был план эксперимента, позволяющего определить, верна или неверна гипотеза химической передачи, которую я высказал 17 лет назад. Я немедленно встал, пошел в лабораторию и поставил простой опыт на сердце лягушки в соответствии с ночным планом»[152] [46].

Насколько бы точна ни была история Лёви – детали менялись каждый раз, когда он повторял ее, – эксперимент удался [47]. По крайней мере, он сам так считал. Лёви провел эксперимент на двух изолированных и бьющихся лягушачьих сердцах, помещенных в специальный солевой раствор. Ученый подавлял активность одного сердца, стимулируя электрическим током его блуждающий нерв. Затем Лёви брал часть раствора, омывающего замедлившееся сердце, и впрыскивал его во второе, ритм которого тоже снижался после данной манипуляции. Несмотря на уверенный вывод, сделанный Лёви, о том, что химическое вещество, выделяемое блуждающим нервом, подавляет работу сердца, большинство ученых не приняло результатов его эксперимента. Либо они не смогли подтвердить выводов Лёви, либо их просто не убедили довольно расплывчатые цифры, приводимые в его статье [48]. Лёви собрал доказательства – в течение нескольких лет он опубликовал семнадцать статей на эту тему, – но многие исследователи все еще сомневались из-за проблем с воспроизводимостью результатов. Сейчас мы можем сказать, что эти трудности отчасти возникли потому, что Лёви был необычайно удачлив. Вещество, которое он изучал, – ацетилхолин – очень хрупкое, но если амфибии все еще находятся в состоянии зимнего оцепенения (как это было, когда ученый проводил первые эксперименты), то вероятность разрушения ацетилхолина снижается [49]. Исследователи, пытавшиеся летом повторить опыт Лёви, как правило, терпели неудачу.

К началу 1930-х годов усовершенствование экспериментальной аппаратуры и более глубокое понимание того, как ацетилхолин может расщепляться естественными ферментами, укрепили уверенность в том, что обнаруженный эффект был реальным. Удивительно, но даже Лёви не считал, что ацетилхолин является примером более общего феномена. Как и большинство ученых, он не думал, что синапсы, участвующие в движении, могут работать путем химической передачи сигналов.

Примерно в то же самое время Генри Дейл сосредоточился на вопросе о том, что именно происходит в синапсе. Его работу вскоре поддержал Вильгельм Фельдберг, еврейский ученый, который бежал из Германии вскоре после прихода нацистов к власти. Фельдберг, прибывший в лабораторию к Дейлу, привез с собой сложную методику обнаружения минимальных следов ацетилхолина, включавшую в себя пропускание веществ из нерва над определенной мышцей, вырезанной у конкретного вида пиявки. К мышце прикреплялся датчик, который показывал, насколько сильным было сокращение. Несмотря на техническую сложность эксперимента, в течение трех лет по прибытии в лабораторию Фельдберг опубликовал двадцать пять работ, доказывающих, что ацетилхолин секретируется широким спектром вегетативных нервов, включая все ветви блуждающего нерва. Метод был достаточно точен, чтобы выявить, что вещество секретируется синапсами вегетативной нервной системы, а также что оно присутствует в синапсах нервов, участвующих в произвольном движении, хотя Фельдберг и Дейл не могли проиллюстрирвовать его воздействие.

Нобелевскую премию в 1936 году дали ученым Лёви за то, что ему приснился эксперимент, и Дейлу за то, что он доказал, что это правда.

По необычному решению Нобелевского комитета премия 1936 года досталась Лёви и Дейлу за демонстрацию того, что было названо нейрогуморальной регуляцией. Лёви приснился эксперимент, а Дейл – с существенной помощью Фельдберга, не получившего вознаграждения, – доказал, что это правда.

Разногласия между теми, кто ратовал за электрическую синаптическую передачу (искры), и теми, кто выступал за химический эффект (супы), не утихали с тех пор, как Дюбуа-Реймон впервые указал на две эти возможности шестьдесят лет назад. Спор теперь велся гораздо ожесточеннее. Вероятно, самым ярым сторонником «супного» взгляда на синаптическую активность был самоуверенный австралийский физиолог Джон Экклс, ученик Шеррингтона. Он был убежден, что все синапсы в центральной нервной системе являются электрическими. Но, столкнувшись с возрастающим количеством все более убедительных доказательств позиции Дейла и других, Экклс постепенно признал, что химическое действие в синапсе может играть незначительную роль в передаче нервных импульсов.

Непреклонность сторонников «супной» позиции мало способствовала сглаживанию острых углов, и споры по этому вопросу порой выходили из-под контроля. В 1935 году будущий нобелевский лауреат Бернард Кац[153] присутствовал на своем первом заседании Физиологического общества в Кембридже. Он был поражен характером дискуссии между Экклсом и Дейлом, напоминавшей скорее «настоящую схватку» (сам Экклс описывал происходившее как «очень напряженную встречу») [50]. Однако подобные столкновения не приводили к длительным неприятностям: на самом деле Экклс и Дейл поддерживали хорошие личные отношения, какими бы агрессивными ни казались их пререкания посторонним.

Экклс упорно сопротивлялся «супной» гипотезе до начала 1950-х годов, пока данные его собственной лаборатории окончательно не указали на его же ошибку. В 1947 году он выдвинул теорию, объясняющую торможение с электрической точки зрения, предположив, что небольшая клетка вблизи синапса, теперь называемая клеткой Реншоу[154], может изменять полярность постсинаптического нейрона, тем самым эффективно препятствуя передаче электрического сигнала. Как и в случае с Лёви, озарение пришло Экклсу во сне [51]. Но по истечении четырех лет мечта Экклса испарилась, разрушенная суровыми фактами.

Клетка Реншоу действительно воздействовала на постсинаптический нейрон, но противоположным образом, чем предсказывал Экклс, и поэтому не могла объяснить торможение. Сообщая об эксперименте в 1952 году, Экклс и его коллеги писали: «Таким образом, можно заключить, что тормозное синаптическое действие опосредовано специфическим веществом-передатчиком, которое высввобождается из тормозных синаптических пузырьков». Они пошли дальше, признав, что, вероятно, «возбуждающее синаптическое действие также опосредовано химическим медиатором[155]» [52].

Нейромедиаторы играют важную роль в функционировании нервной системы.

Так «супная» теория одержала победу, и постепенно была признана важная роль нейромедиаторов в функционировании нервной системы. Но эти изящные и изменяющие правила игры исследования не оказали непосредственного влияния на понимание работы мозга: почти все они были сосредоточены на вегетативной нервной системе и относительно медленных движениях висцеральных мышц[156]. Многие ученые были убеждены, что более быстрое движение, которое является предметом внимания центральной нервной системы, исключает любую химическую стимуляцию в синапсе. Немногие были готовы согласиться, что в мозге также могут функционировать нейромедиаторы. Хотя в середине 1920-х годов Шеррингтон и другие ученые допускали возможность того, что торможение в мозге может иметь такую же химическую основу, как и в вегетативной нервной системе, проверка этой гипотезы была технически затруднительной. Она требовала изоляции нервов от мозга и устранения любого влияния на их деятельность. На протяжении десятилетий подобные трудности были непреодолимы.

Открытие синаптической передачи не только улучшило понимание того, как функционируют нервы, но и высветило главную проблему, связанную с укоренившимися в науке «мозговыми» метафорами. В XIX веке открытие электрической активности нервов параллельно с изобретением сначала телеграфа, а затем телефона помогло сформулировать попытки концептуального анализа функций мозга. Но к 1930-м годам стало очевидно, что данная аналогия, какой бы притягательной она ни была, неточна на самом базовом уровне. Нервная система может состоять из бесконечного ряда переключателей, но они работают не так, как в электрооборудовании. Биологические открытия опережали технический прогресс и показывали, что, как бы убедительно ни звучали слова профессора Кизса для его юной аудитории в Королевском институте, мозг – это не телефонная станция. Требовалось отыскать иные образы и сравнения, чтобы понять, как работает мозг.

8

Машины. 1900–1930-е годы

В октябре 1922 года в Нью-Йорке поставили пьесу «Р.У.Р.», которая мгновенно изменила мир с помощью одного-единственного слова. Она была написана чешским драматургом Карелом Чапеком и впервые сыграна восемнадцатью месяцами ранее в Чехословакии. К моменту премьеры в Лондоне, в 1923 году, пьесу перевели уже на тридцать языков. Глобальное влияние научно-фантистического произведения Чапека заключается в том, что его название расшифровывалось как «Россумские универсальные роботы»[157] – отсюда и пошло ныне общепринятое слово «робот», которое Чапек образовал от старого чешского слова robota – «подневольный труд». В пьесе общество опирается на работу послушных роботов, созданных ученым по имени Россум[158]. Получив элемент человечности, они убивают своих повелителей. Но, несмотря на то что роботы сделаны из какой-то странной механизированной плоти (технически, получается, это киборги), они не могут размножаться. В заключительном акте два робота преодолевают свое бесплодие. Они – новые Адам и Ева.

Отчасти переделка «Франкенштейна», отчасти выражение страха перед набирающей обороты автоматизацией, отчасти сатира на капитализм XX столетия – пьеса «Р.У.Р.» выражала повсеместно нарастающие восхищение и тревогу по поводу того, что машины однажды смогут имитировать человеческие способности. Скорость, с которой новое слово Чапека проникло во все основные языки, свидетельствовала о зияющем пробеле в лексике, существовавшем ранее: мы знали о роботах, но не имели подходящего слова. И слово, и концепция распространялись как лесной пожар. В 1927 году один из величайших фильмов всех времен, «Метрополис» Фрица Ланга, показал робота, созданного ученым-изобретателем по подобию главной героини, чтобы подорвать доверие рабочих к женщине-лидеру[159]. Фантазии о домашних роботах появились в журнальных очерках о доме будущего [1]. Писатели-фантасты начали по-разному обыгрывать новую концепцию, предсказывая и рай и ад одновременно. Шокирующее предположение Ламетри о том, что люди – это машины, было перевернуто с ног на голову. В XX веке казалось, что машины станут людьми.

Хотя идея создания независимого автомата глубоко укоренилась в культуре – по крайней мере, еще со времен древних греков, – интерес к связи между людьми и машинами существенно вырос в 1900-е годы [2].

Усилившаяся механизация производства, за которой последовало развитие производственной линии Форда и навязывание ограниченного набора повторяющихся действий тем, кто ее обслуживал, по-видимому, сделали заводских рабочих частью машин, за которыми они следили. С началом войны в 1914 году и развитием технологий убийства, которые сопровождали ее, очарование обернулось страхом. Единственное произведение искусства резюмировало этот сдвиг. В 1913 году британский скульптор Джейкоб Эпстайн создал триумфальную работу, в которой гуманоидная фигура – тело с острыми очертаниями и клювоподобным лицом – стояла верхом на треноге, сделанной из промышленного бурового станка. Задуманная как торжество современности и техники «Буровая установка» (The Rock Drill) была выставлена в таком виде только однажды, вскоре после создания. Когда в 1916 году ее снова представили публике, фигура радикально преобразилась, став одновременно мужественной и жалкой. Сохранились только туловище, голова и одна рука, и все это было отлито из бронзы. Эпстай ампутировал ключевые части человеко-машины, оставив ее неподвижной и бессильной, точно так же, как миллионы людей были искалечены и убиты ужасающим механическим оружием, которое производилось на огромных производственных линиях, а затем использовалось для уничтожения человеческих тел.

Интерес к связи между людьми и машинами существенно вырос в 1900-е годы.

Несмотря на широко распространенную культурную двусмысленность в отношении связи между человеком и машиной, большинство ученых с энтузиазмом восприняли машинную метафору для объяснения работы наших тел. Рождественские лекции физиолога Арчибальда Хилла[160], прочитанные им в Королевском институте в 1926 году, проходили под названием «Живые машины». А в 1929 году американский нейробиолог Чарльз Джадсон Херрик[161] написал объемный труд о природе жизни под названием «Мыслящая машина» [3]. То, что ученые использовали аналогию с машинами, отчасти было ответом на попытку некоторых философов оттолкнуться от материалистических выводов последних научных открытий, в частности тех, что касались поведения, наследственности и развития. Подобные философские взгляды подразумевали возрождение витализма, объясняющего биологию не с помощью материалистических механизмов, а через некий уникальный духовный атрибут, общий для всех живых существ.

Витализм объяснял биологию не с помощью материального, а через духовный атрибут, общий для всех живых существ.

Одной из главных целей новоиспеченных сторонников витализма было построение нового взгляда на поведение животных и людей. В начале XX века немецко-американский физиолог Жак Лёб, а затем его ученик психолог Джон Бродес Уотсон[162] заявили, что ученые должны сосредоточиться на простом наблюдении за поведением человека или животного, а не искать объяснения в какой-то внутренней психической жизни [4]. Лёб объяснял большинство движений в терминах простых базовых процессов (нечто вроде рефлекса), называемых таксисами и тропизмами. Например, согласно Лёбу, животное отдаляется от света, демонстрируя отрицательный фототаксис[163]. В то время как эта концепция предлагала четкую классификацию поведения, открытие подразумевало, что существует некая общая сила, управляющая, к примеру, всеми двигательными реакциями удаления от света. Оказалось, ничего подобного не существует. Не предоставляя доказательной базы, которую можно было бы собрать, исследуя роль нервной системы и мозга, тропизмы и таксисы Лёба в результате остались лишь обтекаемыми понятиями, так ничего и не объяснявшими. Уотсон говорил о необходимости бихевиористской психологии и опирался на работы Сеченова и Павлова, которые рассматривали поведение в терминах условных рефлексов. Хотя Уотсон вскоре оставил науку и занялся рекламой, направление бихевиоризма, созданное благодаря ему, оказалось чрезвычайно влиятельным, особенно в США. Но, сосредоточившись исключительно на поведении и все более отдаляясь от поиска его истоков в мозге, данная теория не смогла развить никакого реального понимания того, как работает мозг. Действительно, последователи Уотсона – такие как Беррес Фредерик Скиннер[164], взгляды которого господствовали в американской психологии в течение десятилетий, – не интересовались этим вопросом.

Виталисты, выступавшие против такого развития событий, руководствовались в первую очередь двумя соображениями [5]. В сочетании с прочно укоренившейся оппозицией материалистическому взгляду на жизнь и разум возникла новая критика, основанная на теологической идее существования некоей внутренней цели жизни, которая выражается в развитии, физиологии и поведении. Утверждалось, что материалистический взгляд не может описать целенаправленное поведение, которое присуще только живой материи. Единственным объяснением таких явлений должно быть какое-то духовное внутреннее побуждение, общее для всех форм жизни.

Ученые, не согласные с виталистическим подходом, столкнулись с проблемой: до сих пор не было найдено хорошего объяснения очевидных целенаправленных явлений в физиологии и поведении. Ответы, однако, были уже близко.

* * *

В годы, предшествовавшие началу Первой мировой войны, некоторые ученые и инженеры начали разрабатывать модели нервной системы, используя механизмы, реальные или воображаемые. Их идея состояла не в том, чтобы просто скопировать поведение, как в автомате, а в том, чтобы получить некоторое представление о процессах и структурах, которые участвуют в создании поведения в живой системе.

В начале XX века ученые начали разрабатывать модели нервной системы.

В 1911 году Макс Мейер из Миссурийского университета описал, как машина может выполнять некоторые из основных функций нервной системы. При создании собственных моделей он следовал новым принципам построения электрических схем, но его представление о функционировании нервной системы базировалось на гидравлике [6]. Ограниченность модели Мейера, основанной на давлении, стала очевидна два года спустя, когда С. Бент Рассел, инженер из Сент-Луиса, опубликовал планы устройства, которое будет «имитировать работу нервных разрядов чисто механическими средствами». Рассел утверждал, что предложенный им аппарат – стимпанковская[165] конструкция из цилиндрических клапанов, цилиндров и шатунов[166] – функционировал в соответствии с логикой, «не сильно отличавшейся» от логики Мейера [7]. Рассел уверенно описывал свое устройство, хотя не похоже, что он когда-либо пытался сконструировать прототип: «Мы показали практическую организацию механических передатчиков и приемников, которые будут реагировать на сигналы и управлять движениями подобно нервной системе и которые обладают ассоциативной памятью, поскольку могут учиться на опыте» [8].

Мейера раздражало, что Рассел проигнорировал его рисунки нервной системы, и ученый отвечал презрением на все его рассуждения, требуя указать, как каждый из десятков компонентов соответствует анатомическим структурам. Даже если устройство могло работать, без связи с анатомией его научная ценность была бы крайне мала. Эти критические замечания в равной степени могли бы относиться и к собственным идеям Мейера, которые не предусматривали способа опознать успешное выполнение задачи или скорректировать работу системы, если задача выполнена неадекватно. Анатомическая основа одного из основных признаков обучения отсутствовала.

Не все технологические игры с поведением были столь безобидны. В 1910-х годах американский радиоинженер Джон Хейз Хаммонд работал над планами самонаводящейся торпеды. Его особенно интересовала теория тропизмов Лёба – как животные движутся к стимулу или от него. В 1912 году Бенджамин Мисснер в сотрудничестве с Хаммондом построил то, что они назвали электрической собакой (на самом деле это была коробка на трех колесах). У «собаки», которая несколько лет спустя была продемонстрирована публике под именем Селено, спереди имелось два световых детектора, сделанных из селена (отсюда и название), – устройство использовало сигналы от этих приемников для продвижения к источнику света со скоростью около метра в секунду [9].

Лёб ссылался на создание собаки Хаммондом и Мисснером как на «подверждение истинности» их взглядов, делая логически неверный вывод. Он полагал, раз машина может воспроизводить поведение животного, значит, и животное просто машина:

«Мы уверены, что приписывать гелиотропным[167] реакциям низших животных какой-либо тип ощущения, например яркость, цвет, удовольствие или любопытство, имеет не больше смысла, чем приписывать то же самое гелиотропным реакциям механизма мистера Хаммонда» [10].

Цель изобретения Хаммонда и Мисснера не являлась чисто научной и, конечно, не была связана с опасениями по поводу того, что могут чувствовать животные или машины. В 1916 году, как раз когда США готовились к вступлению в войну, Мисснер объяснил, что принцип, действовавший в собаке Селено, позволял торпеде Хаммонда ориентироваться на звук двигателей корабля и уничтожать его. Несмотря на свою гордость, Мисснер пережил приступ настоящей технофобии, когда задумался о потенциальных последствиях:

«Электрическая собака, которая пока что является лишь поразительным научным курьезом, может в самом ближайшем будущем действительно стать настоящим „псом войны”[168]: без страха, без сердца, без капли человеческого, что столь часто в нас поддается обману. Этот пес будет иметь одну цель – настигать и убивать все, что попадает в поле его чувств по воле хозяина» [11].

«Функциональный круг» Икскюля показывает, как нервные системы воспринимают мир и действуют на него

Ни одна из попыток описать функционирование нервной системы путем создания механических имитаций не имела успеха и не привела к серьезным научным прорывам. Но после войны ученые задумались о взаимодействии животных – в том числе и людей – с миром в более абстрактном ключе. Эстонский биолог Якоб Иоганн фон Икскюль[169] совершил два ключевых открытия [12]. В начале века он акцентировал внимание на существовании умвельта (нем. Umwelt – «окружающий мир») – особого, субъективного мира восприятия и действия каждого отдельного вида, обусловленного средой обитания. Икскюль разрабатывал эту идею в терминах априорных форм познания, предложенных Кантом. Его концепция также была созвучна мыслям голландского профессора фармакологии Рудольфа Магнуса[170], который писал: «Природа наших чувственных впечатлений, таким образом, определяется априорно, то есть до всякого опыта, с помощью физиологического аппарата наших чувств, сенсорных нервов и чувствительных нервных центров» [13].

Данный подход теперь прочно встроен в наше понимание того, как естественный отбор формирует мозг и нервную систему, а если дело касается других видов животных, то позволяет понять, каково это – быть, скажем, летучей мышью. Второе новшество Икскюля проявилось в форме некоторых интригующих рисунков, которые он называл «функциональными кругами». Они иллюстрировали, как нервная система или мозг может воспринимать мир и воздействовать на него, чтобы достичь определенной цели. Икскюль не стремился превратить схему в устройство, скорее он хотел постичь принципы порождения поведения. Главной особенностью, которой обладали рисунки ученого, был элемент, отсутствовавший в схемах Майера. Система могла чувствовать, как ее деятельность меняет мир, и трансформировать в ответ свое функционирование [14].

Это понимание также нашло свое отражение в работе Альфреда Лотки, американского математика и основателя теоретической популяционной экологии. В книге 1925 года «Элементы физической биологии» Лотка описал игрушечного заводного жука, который, по-видимому, производил целенаправленное поведение, поскольку мог чувствовать, когда вот-вот упадет со стола, и пытался избежать этого. Его механизм был незамысловатым. Жук приводился в движение парой колес, причем свободно движущееся колесо располагалось под прямым углом перед ведущими колесами. На голове жука находились две металлические антенны, которые касались земли и слегка приподнимали свободное колесо, чтобы игрушка беспрепятственно двигалась по прямой. Если жук приближался к краю поверхности, конец усиков свисал вниз, опуская переднюю часть тела жука и заставляя свободное колесо коснуться земли. Поступательное движение ведущих колес преобразовывалось в круговое движение свободного колеса и заставляло жука менять курс. Жук будет продолжать вращаться до тех пор, пока антенны не окажутся на поверхности, после чего свободное колесо поднимется над землей и устройство снова пойдет прямо вперед.

Лотка описывал данный бесхитростный механизм в трех биологических терминах: нервное окончание (ведущие колеса), регулятор (поперечное колесо) и рецептор (антенны). По его словам, «регулятор “интерпретирует” информацию, поступающую от приемной антенны, и изменяет траекторию движения игрушки в соответствии с полученными данными таким образом, чтобы уберечь жука от падения» [15]. Лотка привел наглядный пример системы, которая могла демонстрировать явно целеустремленное, целенаправленное поведение на основе простой рефлекторной дуги. Абстрактно размышляя о типах задействованных органов – рецепторов, регуляторов и нервных окончаний, фактически те же трех компонентов, которые Икскюль определил в своих функциональных кругах, – Лотка показал, как они могут быть применены к широкому спектру ситуаций, в которых животные реагируют адаптивным и, судя по всему, целенаправленным образом.

Схема игрушечного жука, используемого Лоткой для демонстрации очевидного целенаправленного поведения

Послевоенные технологические достижения повлияли на представление ученых о нервной системе и мозге. В 1929 году психолог из Йельского университета Кларк Леонард Халл[171] описал модель условного рефлекса, используя электронные компоненты. Вскоре были созданы две улучшенные версии [16]. Устройство, состоящее из ряда резисторов и ячеек памяти, соединенных параллельно, в комплекте с кнопками и лампочками, меняло поведение при многократном использовании. Цель, утверждал Халл, заключалась в том, чтобы «помочь освободить науку о сложном адаптивном поведении млекопитающих от мистицизма, который всегда преследует ее» [17]. Ученый хотел показать, что сложные формы адаптивного поведения можно сформировать из простых структур и функций, не прибегая к виталистическим метафорам, даже в тех случаях, когда он сам не был уверен в связи между сконструированной моделью и реальной анатомией или физиологией. Халл прямо указывал, что «никто не утверждает, будто эти механизмы являются копиями соответствующих органических процессов», но полагал, что такой подход может дать представление о других загадках научения [18].

В 1933 году студент Вашингтонского университета Томас Росс развил идею Халла и изложил ее в статье в журнале Scientific American с провокационным названием «Машины, которые думают» [19]. В тексте содержались планы электрического устройства, способного научиться выходить из короткого лабиринта. Росс описал задачу своего проекта следующим образом: «Проверить различные психологические гипотезы о природе мышления, построив машины в соответствии с принципами, содержащимися в этих гипотезах, и сравнив поведение машин с поведением разумных существ» [20].

Три года спустя он выразился более емко: «Один из способов получить уверенное понимание механизма – это создать сам механизм» [21].

«Один из способов получить уверенное понимание механизма – это создать сам механизм».

Стивенсон Смит, профессор психологии, усовершенствовал устройство: оно стало более мобильным и превратилось в трехколесную «роботизированную крысу», похожую на скейтборд с будильником сверху. Это устройство смогло пройти простой лабиринт, состоящий из двенадцати Y-образных ответвлений, и выучить пройденный путь, используя простейшую механическую аналоговую память. В каждом Y одна из ветвей вела в тупик. Когда устройство сталкивалось со стеной в тупике, на передней части машины опускался рычаг, посылая устройство в обратном направлении, пока оно не возвращалось к началу Y, после чего выбирало другую ветвь. Двигаясь таким образом, робот мог в конце концов добраться до выхода из лабиринта. Машина также содержала физический «диск памяти». Когда она наталкивалась на тупик и опускала рычаг, приводящий к обратному движению, на диске поднимался язычок, так что после успешного прохождения лабиринта, если машина возвращалась в начало пути, она могла найти путь уже без ошибок. Очевидно, устройство запоминало правильную траекторию.

В интервью журналу Time Смит сказал: «Эта машина помнит то, что узнала, гораздо лучше, чем любой человек или животное. Ни один живой организм не может избежать ошибок такого рода после единственной попытки» [22]. Несмотря на то, что это устройство производило сильное впечатление на широкую публику, оно не прояснило суть процесса обучения. Машина не могла обобщить то, чему ее научили, использовать полученное знание в любом другом лабиринте или справиться с малейшими изменениями в том же лабиринте, где ее обучали. Наконец, сочетание обучения методом проб и ошибок с немедленным, неизменным запоминанием правильного ответа не соответствовало ни одной форме обучения, наблюдаемой в естественном мире.

Подобные попытки построения моделей, от диаграмм Мейера до робота-крысы Росса, были ограниченны, потому что работа ни одного из этих устройств не основывалась на реальном способе функционирования нервной системы. Начав с простых механических или электрических моделей, ученые располагали всего лишь несколькими видами поведения и деятельности нервной системы, которые могли моделировать. В то время как эти механизмы строились из проводов и металла, нейрофизиологи понимали, что нервная система в организмах живых существ работает совершенно иначе.

* * *

Электрическую природу нервного импульса выявили еще в середине XIX века, а в 1868 году ученик Гельмгольца Юлий Бернштейн обнаружил, что волны отрицательной поляризации передавались по нерву с точно такой же динамикой, как и нервный импульс [23]. Хотя было весьма заманчиво заключить, что данные электрические изменения были идентичны нервному импульсу, но этому не было никаких доказательств и объяснений. В 1902 году, спустя практически сорок лет работы, Бернштейн выдвинул теорию, объясняющую, в чем может заключаться обнаруженная связь [24]. Его идея была выстроена вокруг движения ионов – заряженных частиц, которые находятся в растворе внутри и снаружи нейронов. Перемещение положительно заряженного иона калия из внутренней части клетки наружу означало, что внутренняя часть клетки приобрела небольшой отрицательный заряд относительно внешней. Согласно модели Бернштейна, мембрана нейрона была полупроницаемой. Пока нейрон находился в состоянии покоя, концентрации ионов внутри и снаружи клетки оставались стабильными, но когда по клетке проходил нервный импульс, мембрана временно и локально меняла свою природу и небольшое количество ионов перемещалось внутрь или наружу, создавая волну деполяризации [25]. Как уже давно предполагалось, электрохимическая передача нервного импульса сильно отличается от движения электричества по телеграфному кабелю или телефонному проводу. Биология оказалась сложнее технологии.

Электрохимическая передача нервного импульса сильно отличается от движения электричества по телефоному проводу.

Не только физическая форма нервного импульса была неожиданной, но и поведение нервов тоже таило в себе сюрпризы. В 1898 году Фрэнсис Готч, профессор физиологии в Оксфорде, показал, что если нервное волокно – пучок, состоящий из множества нейронов, – стимулируется дважды в быстрой последовательности, то второй стимул не вызывает реакции, если оба стимула отстоят друг от друга менее чем на 0,008 секунды [26]. Данный интервал, рефрактерный период, является фундаментальной характеристикой всех нейронов. Готч обнаружил, что, как и ожидалось, чем сильнее стимуляция нервной ткани, тем более выраженной оказывается реакция, но также заметил, что реакция всегда показывает одинаковый временной ход, независимо от силы стимула. Готч провел параллель между своими результатами на двигательных нервах и хорошо известным явлением в сердце, когда мышца либо реагирует на стимуляцию, либо нет, – этот феномен известен как закон «все или ничего»[172] [27].

Чтобы выяснить, все ли нервные волокна, как сенсорные, так и двигательные, подтверждают этот закон, Кит Лукас из Кембриджа разработал новое сенсорное оборудование, которое позволило ему подтвердить догадку Готча, связанную с двигательным мышечным волокном. Если стимул был выше порогового значения, мышца реагировала, но если он был слишком слабым, ответа не было вообще [28]. Чтобы получить прямое доказательство того, что происходит в одном нервном волокне, Лукас попросил Эдгара Эдриана, молодого аспиранта, изучить этот вопрос. Для Эдриана это поручение стало поворотным событием в жизни, открывшим дверь к величайшим достижениям. Он оставался в Кембридже вплоть до выхода на пенсию, став магистром Тринити-колледжа и, в конце концов, вице-канцлером[173] университета. Он был избран президентом Королевского общества, стал наследный пэром, получил Нобелевскую премию в возрасте сорока двух лет[174] и видел, как его сын также был принят в Королевское общество, в то время как два его протеже, Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли, были удостоены Нобелевской премии в 1963 году[175]. Кроме этого, Эдриан всю жизнь интересовался психоанализом (он дважды номинировал Фрейда на Нобелевскую премию [29]) и изучал функционирование нервной системы у множества животных (включая угрей, лягушек, золотых рыбок, плавунцов и самого себя). Несмотря на славу и влияние, мало кто, кроме горстки внимательных нейробиологов, слышал о нем в настоящее время [30]. И все же Эдриан не только изменил понимание того, что делают нейроны, но и создал новый терминологический аппарат, который помог сформировать наши представления о том, как работает мозг.

Работая с Лукасом в безмятежные дни позднеэдвардианской Англии, до того, как ужас механизированной войны толкнул мир в будущее, Эдриан вскоре смог найти доказательства того, что двигательные нервные волокна действуют по закону «все или ничего». Но оставался вопрос, верно ли то же самое для сенсорных нервов, и не было понятно, как реагируют отдельные нейроны внутри волокна [31]. В августе 1914 года разразилась война, и Эдриан с Лукасом переключили внимание на другие вещи. Лукас работал на Королевском авиационном заводе, пока Эдриан получал медицинское образование.

Война привела к развитию радиотехники, в частности усовершенствованию термоэлектронных ламп для усиления слабых радиосигналов.

В 1916 году Лукас погиб в ужасном воздушном столкновении над Уилтширом [32]. Это лишило Эдриана наставника и коллеги, а также оставило сильнейший отпечаток на десятилетия вперед – во всех основных трудах Эдриан упоминал Лукаса и его работу с ощутимым чувством потери. После окончания войны Эдриан вернулся в Кембридж и продолжил с того места, на котором остановился, исследуя то, насколько закон «все или ничего» применим к сенсорным нервным волокнам.

Война привела к развитию радиотехники, в частности усовершенствованию термоэлектронных ламп для усиления слабых радиосигналов. В принципе, данные устройства можно было бы использовать и для усиления слабой электрической активности в нервном волокне. Во время войны Лукас обсуждал такую возможность с Эдрианом при их последней встрече. Та же мысль пришла в голову и другим ученым, включая гарвардского исследователя Александра Форбса. После войны Форбс вместе со своей ученицей Катариной Тэчер сумел благодаря термоэлектронным лампам усилить сигналы в нервном волокне лягушки более чем в пятьдесят раз [33]. Ученый был другом Эдриана – он посетил Кембридж весной 1912 года, провел три недели в лаборатории Лукаса и был пленен его «очарованием» [34]. Визит затянулся, и в результате Форбсу и его жене пришлось отложить запланированное возвращение в США – они должны были отплыть на «Титанике».

В 1921 году Форбс вернулся в Кембридж, привезя несколько важных ламп для лаборатории Эдриана [35]. Последнему потребовалось некоторое время, чтобы полностью освоить новую технологию. В начале 1920-х годов в жизни исследователя произошло огромное количество событий: он женился, стал членом Королевского общества и проводил много времени, обучая студентов Кембриджа. Прорыв произошел в 1925 году, когда в лабораторию Эдриана пришел работать шведский исследователь Ингве Зоттерман. Поначалу дела шли не очень хорошо: Зоттерман обнаружил, что у Эдриана «очень беспокойный характер» (отчасти это было вызвано «массой лекций», из-за которых ученый пребывал в плохом настроении от усталости). Как писал Зоттерман своему другу в декабре 1925 года: «Работать с ним на этой неделе было нелегко, так как Эдриан может выйти из себя из-за капающего крана» [36].

Реакции нейронов, обнаруживающих растяжение, на увеличение веса. Форма каждого спайка остается неизменной. Меняется лишь их частота

Несмотря на некоторые трения, появление нового сотрудника привело к важному открытию [37]. Используя ламповый усилитель, Зоттерман и Эдриан смогли записать активность сенсорных нервных волокон, прикрепленных к рецепторам растяжения в лапке лягушки. Они, по-видимому, смогли разделить волокно на мельчайшие элементы, пока не добрались до единичного нейрона, и записать, как он отреагировал. Теперь можно было изучать деятельность основной единицы нервной системы. Благодаря проделанной работе Эдриан и Зоттерман совершили три важных открытия, сформировавших наше представление о принципах функционирования нервной системы.

Во-первых, ученые подтвердили, что сенсорные нейроны реагируют в соответствии с законом «все или ничего». Если превышает необходимое значение, нейрон отвечает, в ином же случае он не дает никакой реакции. Во-вторых, они выяснили: если нейрон стимулируется многократно, например непрерывным стимулом, клетка вскоре перестанет реагировать. Это было совсем не похоже ни на одну из построенных механических моделей. Наконец, когда нейрон активен, амплитуда и форма реакции[176] постоянны, но частота изменяется с интенсивностью стимула. Нейроны сообщают нервной системе, насколько силен стимул, изменяя частоту пульсации, но все реакции данной клетки идентичны. Эти эффекты можно увидеть на рисунке из их работы, показывающем увеличение скорости пульсации нейрона одинаковой формы по мере увеличения веса, воздействующего на волокно.

За это научное открытие в 1932 году Эдриан получил Нобелевскую премию совместно с Чарлзом Шеррингтоном. Оба они были номинированы Арчибальдом Хиллом, который охарактеризовал работу Эдриана как «великолепно красивую, но при этом простую и изящную… одно из величайших достижений физиологии за последнюю четверть века» [38].

* * *

Вскоре после получения Нобелевской премии Эдриан перешел от простейшего компонента нервной системы к наиболее сложному. Он стал изучать недавнее открытие Ханса Бергера[177] о том, как удивительным образом электрическую активность человеческого мозга можно регистрировать даже через костный череп с помощью внешних электродов и мощных усилителей.

Если превышать необходимое значение, сенсорный нейрон отвечает, а если наоборот, то не дает никакой реакции.

Эдриан назвал это открытие «замечательным» [39]. Еще более поразительным казался факт, сообщенный Бергером: если испытуемый закрывал глаза, то электрический сигнал приобретал четкий ритм, как будто мозг демонстрировал скоординированное поведение. В 1934 году Эдриан и Брайан Мэтьюз исследовали природу того, что назвали ритмом Бергера (он также известен как альфа-ритм). Бергер указывал, что ритмический сигнал можно было наблюдать, когда испытуемый спокойно сидел с закрытыми глазами, но он исчезал, если глаза участника эксперимента были открыты или если ему требовалось очень сильно сконцентрироваться, например, на какой-то сложной умственной работе. Эдриан оказался мастером в использовании собственного мозга для создания ритма по требованию – он даже продемонстрировал это на заседании Физиологического общества. Хотя Бергер утверждал, что весь мозг задействован в этой синхронной активности, Эдриан и Мэтьюз смогли локализовать источник ритма в затылочной доле, в заднем отделе мозга, который, как считалось, отвечает за зрение. К своему великому удивлению, они обнаружили, что мозг плавунца производит очень похожие ритмы, когда его оставляют в темноте, и, как было зафиксировано в записях Эдриана, ученые подтвердили, что ритм исчезает, если включить свет.

Эдриан и Мэтьюз показали, что у людей к нарушению ритма приводит восприятие паттернов или даже попытка увидеть паттерн в темноте. Как и Бергер, они пришли к выводу, что ритм каким-то образом связан с механизмами зрительного внимания. Когда субъект не использует зрение активно, нейроны «разряжаются спонтанно с фиксированной скоростью (как и в других частях центральной нервной системы) и склонны работать в унисон» [40].

Исследования нервных функций доказали наличие четкой связи между активностью нейронов и восприятием.

Однако относительно потенциальной взаимосвязи между нейронной активностью и сознанием Эдриан высказывался крайне осторожно:

«Проблема связи мозга и разума так же загадочна для физиолога, как и для философа. Возможно, какой-то радикальный пересмотр системы знания объяснит, как паттерн нервных импульсов может порождать мысль, или покажет, что эти два события на самом деле являются одним и тем же феноменом, рассматриваемым с разных точек зрения. Если такой пересмотр будет сделан, я могу только надеяться, что смогу понять его» [41].

Рисунок Эдриана и Мэтьюза, показывающий активность мозга у плавунца (вверху) и человека (внизу)

Несмотря на существовавшие трудности, исследования нервных функций доказали наличие четкой корреляции между активностью нейронов и восприятием.

Эдриан объяснил это широкой читательской аудитории с помощью рисунка, обобщающего собранные им данные о влиянии непрерывного давления на активность сенсорного нерва:

«Возбуждающий процесс в рецепторе постепенно сходит на нет, и по мере этого удлиняются интервалы между импульсами в сенсорном волокне. Импульсы объединяются каким-то центральным процессом, и подъем и спад интенсивности ощущения является довольно точной копией подъема и спада интенсивности возбуждающего процесса в рецепторе».

Опасаясь сложностей, связанных с доказательством того, что нервная деятельность и сознательное восприятие – это одно и то же, Эдриан сделал вывод о своем рисунке: «Он не устраняет разрыв между стимулом и чувством, но, по крайней мере, показывает, что этот разрыв немного меньше, чем был раньше».

Краткое изложение Эдрианом характера связи между стимулом, нервной деятельностью и ощущением

Хотя он чувствовал, что «несомненно, самая интересная вещь», совершаемая «сообщением, которое проходит вверх по сенсорному нерву… заключается в том, чтобы произвести изменение в содержании нашего ума», Эдриан не мог доказать, что частота импульсов и ощущение действительно одно и то же.

* * *

Как часто бывает в науке, если бы Эдриан не занялся своей исследовательской работой, кто-то другой пришел бы к похожим выводам примерно в то же самое время. Такова природа научного знания – за очень немногими исключениями: если бы исследователь X попал под автобус, события развивались бы примерно по тому же сценарию, что и работа исследователя Y. Но в одном ключевом аспекте вклад Эдриана в понимание того, как работает мозг, не зависел от его экспериментальных исследований и был гораздо больше обусловлен уникальными свойствами его характера. На протяжении раннего этапа своей карьеры Эдриан писал научно-популярные отчеты о своей работе, которые заставляли ученого размышлять о действии нервов несколько иначе, чем того требовали его сугубо научные тексты. Именно в этих сочинениях, в поисках способов объяснить открытия для массового читателя, Эдриан собрал некоторые из уже существовавших терминов, но обогатил их дополнительными значениями, что произвело долгосрочный эффект. Эти понятия – сообщения, коды и информация – теперь составляют базу фундаментальных научных представлений о том, как работает мозг.

Нервные импульсы ранее описывались как передаваемые сообщения – такая аналогия было неотъемлемой частью телеграфной метафоры, столь популярной в XIX веке, – но практически никто не задумывался о том, из чего может состоять нервное «сообщение». В своей новаторской экспериментальной работе Эдриан сумел «расшифровать» нервный импульс и обнаружил, что тот состоит из исключительно коротких импульсов. Каждый из них имел одинаковую форму, и все же, несмотря на отсутствие вариабельности, нервная активность была способна передавать сообщение. Чтобы объяснить это, Эдриан провел аналогию, которая сейчас кажется очевидной, но в то время была совершенно революционной:

«Сообщение состоит просто из серии коротких импульсов или волн активности, следующих друг за другом более или менее на близком расстоянии. В любом волокне все волны имеют одинаковую форму, и сообщение может быть изменено только сменой частоты и продолжительности разряда. На самом деле сенсорные сообщения едва ли более сложны, чем последовательность точек в азбуке Морзе» [42].

В настоящее время идея о том, что органические структуры, такие как гены или нейроны, содержат некий код, является относительно банальной. Школьники знают о существовании генетического кода, а студенты-нейробиологи читают различные формы нейронных кодов. Но когда Эдриан писал свою научную работу в начале 1930-х годов, это был совершенно новый способ рассуждать о том, что делают нейроны и как функционирует мозг. Более того, он указал путь к совершенно новой области исследований: если сообщение содержит код, то должна быть возможность «взломать» его, чтобы выявить, что нейроны говорят мозгу.

В отсутствие каких-либо подробных исследований, позволяющих получить исчерпывающий ответ о содержании кода, Эдриан потянулся к абстракции, которая, хотя и не была оригинальной, принимала другую форму, когда соединялась терминами «код» и «сообщения». Исследователь заключил, что нервное сообщение содержит информацию.

Другие ученые использовали данное понятие и раньше. В середине XIX века доктор Спенсер Томсон сказал читателям медицинского словаря, что «мозг можно сравнить с большим центральным телеграфом, который по проводам – нервам – передает информацию ото всех частей тела» [43]. А в описании работы заводного жука в 1925 году Лотка говорил об устройстве, интерпретирующем информацию. Но Эдриан использовал слово «информация» так, что оно был напрямую связано с функционированием нервной системы. Например, ученый утверждал, что «центральная нервная система способна извлекать каждую крупицу информации из сообщения», которое было послано от рецептора. На самом деле Эдриан полагал, что функция рецептора позволяет организму «извлекать информацию о внешнем мире» и что главной задачей для ученых было «оценить, какого рода информация достигает центральной нервной системы» [44]. По мнению ученого, вся суть функционирования нервной системы состояла в том, чтобы передавать закодированную информацию о мире по нейронам.

Мозг – это телеграф, который по нервам передает информацию ото всех частей тела.

В середине 1920-х годов математики, такие как великий статистик и генетик Роналд Эйлмер Фишер, также подхватили термин «информация», используя его для описания статистических концепций, хотя им еще предстояло прийти к единому определению. Знал ли Эдриан об их попытках математизировать информацию, неясно, но он понимал, что работа над природой нервного сообщения неизбежно пойдет в этом направлении. В апреле 1929 года он писал своему другу Форбсу:

«Сейчас электрический отклик нерва действительно начинает что-то говорить о себе. Это почти заставляет меня жалеть, и я почти сожалею, что перешел к нервным окончаниям и тому подобному. Но скоро данный феномен попадет в область физики, химии и математики, и я знаю свои недостатки, или, по крайней мере, некоторые из них!» [45]

Именно так и случится в последующие десятилетия. Значение предположения Эдриана о том, что существует нейронный код, и его интуитивное прозрение, что сообщение содержит какую-то информацию, послужили мощным фактором трансформации нашего понимания работы нервной системы и мозга. Сдвиг происходил не в лабораториях, полных электродов и приколотых к приборам лягушек, не в мире проводов и роботов, а перед пыльными кабинетными досками, возле которых ученые, оперируя математически-абстрактными категориями, отыскали новый подход к моделированию того, что делает мозг.

9

Контроль. 1930–1950-е годы

Когда-то в Детройте жил гениальный, но довольно странный мальчик по имени Уолтер. Семья Уолтера думала, что он не от мира сего. В 1935 году, в возрасте двенадцати лет, Уолтер забежал в публичную библиотеку, спасаясь от хулиганов. Благополучно спрятавшись внутри, он оказался перед экземпляром «Оснований математики»[178] – трехтомного труда по устрашающей математической логике, написанного Альфредом Нортом Уайтхедом и Бертраном Расселом. Заинтригованный и очарованный, в течение следующих нескольких недель Уолтер неоднократно возвращался в библиотеку, чтобы кропотливо изучать книгу, вглядываясь в уравнения и усваивая аргументы.

Возможно, эта история просто выдумка, но вот следующая точно правдива. Три года спустя, в 1938 году, пятнадцатилетний Уолтер сбежал из дома и оказался в Чикаго. Каким-то образом он попал в кабинет Рудольфа Карнапа, профессора философии Чикагского университета, недавно опубликовавшего «Логический синтаксис языка». По словам Карнапа, Уолтер заявил, что «читал книгу и что один абзац на определенной странице был ему непонятен…». «Поэтому мы сняли мой экземпляр книги с полки, – продолжает философ, – открыли соответствующую страницу, внимательно прочитали абзац… и мне тоже было непонятно!» [1]

Мальчика звали Уолтер Питтс, рассказов о нем – легион, но в основном факты проверить нельзя.

Одна история о его жизни начинается так: «Биографий Уолтера Питтса нет, и любое честное обсуждение его жизни противостоит общепринятой биографии» [2].

Питтс казался настолько необычным и странным, что его собственный друг, Норман Гешвинд, сказал, что посторонние могут подумать, что Питтс был продуктом какого-то коллективного заблуждения[179] [3]. Но Питтс был достаточно реален, и его работа с неврологом Уорреном Мак-Каллоком о логике функционирования нервной системы изменила современное знание о мозге.

Несмотря на то что Питтсу было всего пятнадцать лет и он не имел никакой научной квалификации (он был чистым самоучкой и никогда не получал степеней), его познания в математике и логике были настолько глубоки, что ему разрешили посещать еженедельный семинар по математической биофизике[180], организованный Николасом Рашевским в Чикагском университете [4]. Интерес Рашевского к слиянию математики и биологии был частью тенденции, которая зародилась в 1920–1930-х годах, когда ученые, мыслящие математическими категориями, начали исследовать различные биологические явления – от популяционной генетики до экологии [5]. Но в этих случаях математические модели обычно требовались для составления прогнозов, которые затем могли быть подкреплены наблюдениями. Рашевский использовал совершенно иной подход. С его точки зрения, любая связь между математическими моделями и реальностью была чисто случайной – поиск конкретного выражения его идей был, по словам ученого, «неуместен» [6].

Одна история о жизни ученого по имени Уолтер Питтс начинается так: «Биографий Уолтера Питтса нет, и любое честное обсуждение его жизни противостоит общепринятой биографии».

В дискуссиях на семинарах Рашевского применялся новый способ мышления о биологических системах с использованием лексики, которая нам отлично знакома, но которая была совершенно новой в то время. Применялись такие термины, как «обратная связь», «цепь», «вход» и «выход». Термин «обратная связь» впервые применили в начале 1920-х годов в отношении электрических цепей, в частности радиосигналов, но основное явление было известно на протяжении веков. Отрицательная обратная связь использовалась с древности, чтобы остановить поток воды в резервуар, как только жидкость достигала определенного уровня. А физиолог XIX века Клод Бернар[181] косвенным образом признал ее существование, когда описал, как тело стремится поддерживать устойчивое внутреннее состояние (в 1926 году Уолтер Кеннон ввел термин «гомеостаз» для описания этого процесса). Термин «цепь» был использован в середине XVIII века в отношении движения электричества, в то время как с начала XX слова «вход» и «выход» применялись как в области физиологической активности, так и в отношении электрических сигналов. После окончания Первой мировой войны ученые начали применять данные термины к биологическим явлениям, в особенности к тем, что связаны с нервной системой. В 1930 году нью-йоркский психиатр Лоуренс Кьюби опубликовал статью под названием «Теоретическое применение к некоторым неврологическим проблемам свойств волн возбуждения, движущихся по замкнутым цепям», в которой предположил, что некоторые неврологические проблемы, такие как тремор, наблюдаемый при болезни Паркинсона, или эпилептические припадки, можно объяснить движущейся и усиливающейся активностью в нейронных цепях [7].

К 1940 году Питтс, уже семнадцатилетний, анализировал гипотетические паттерны возбуждения и торможения в нейронных цепях и в течение пары лет опубликовал две статьи на эту тему [8]. В том же году его близкий друг Джером Летвин представил Питтса Уоррену Мак-Каллоку. Или, по другой версии, это произошло в 1941 году, когда, если верить словам Мак-Каллока, тот выступал в семинарской группе Рашевского [9]. Как всегда, факты, связанные с Питтсом, невероятно трудно подтвердить. Как бы то ни было, Питтс и Мак-Каллок нашли общий язык, и их непосредственное сотрудничество привело к самой распространенной метафоре, используемой сейчас для объяснения работы мозга, – к компьютеру.

Вот только в действительности все происходило не так. На самом деле связь между нервной системой и электронными машинами впервые была использована наоборот: чтобы предположить, что компьютер – это мозг.

* * *

Мак-Каллок и Питтс во многом отличались друг от друга. Мак-Каллок был уважаемым и образованным ученым лет сорока, имел семью и большой дом, а Питтс был неуклюжим сбежавшим от родителей подростком. Но их объединял общий интерес к тому, что считалось одним из самых захватывающих достижений науки, – использованию логики для понимания биологических явлений. Получив степени в области философии, затем психологии и, наконец, медицины, в 1934 году Мак-Каллок начал сотрудничать с йельским нейрофизиологом Дюссером де Бареном[182]. Последний, в свою очередь, работал с Рудольфом Магнусом и интересовался его идеей о том, что современная сенсорная физиология обеспечивает материалистическую основу для гипотезы Канта об априорном знании [10]. Все это было передано Мак-Каллоку, который в 1959 году подробно рассматривал данное положение в статье о зрении лягушек [11].

Тогда же ученый посещал серию семинаров в Йеле, посвященных математическим подходам к биологии. Их проводил психолог Кларк Халл, в 1929 году представивший электрическую модель условного рефлекса. В 1936 году Халл прочитал лекцию под названием «Разум, механизм и адаптивное поведение», где разобрал тринадцать логических постулатов и связанных с ними теорем, которые, как он утверждал, могли бы объяснить возникновение адаптивного поведения исходя из простых принципов [12]. Цель Халла, как и в случае с электрической моделью, состояла в том, чтобы «уложить» сложное поведение в объяснительную цепь, которая вела бы прямо к электрону. Из постулатов ученого мало что вышло, но они побудили Мак-Каллока больше думать о применении методов логики к биологии.

В 1941 году Мак-Каллок перешел в Иллинойсский университет в Чикаго. Несмотря на новое место, он присоединился к группе Рашевского и в какой-то момент столкнулся с Питтсом. Мак-Каллоку было почти сорок два, а Питтс еще даже не достиг совершеннолетия, но между ними сразу же завязалась тесная дружба. Вскоре после этого бездомный Питтс и его друг Леттвин переехали в дом Мак-Каллока. По словам математика и нейробиолога Майкла Арбиба, работавшего с ученым в 1960-х годах, Мак-Каллок и Питтс проводили «бесконечные вечера, сидя за кухонным столом и пытаясь разобраться в том, как работает мозг». А Мак-Каллок, который, как говорили, выглядел, словно ветхозаветный пророк, нарисованный Эль Греко, пил виски и бесконечно затягивался сигаретами [13]. Не следует недооценивать вклад Питтса в это партнерство. Блестящий математик Норберт Винер[183] сказал о нем: «Питтс, без сомнения, сильнейший молодой ученый, которого я когда-либо встречал… Я был бы крайне удивлен, если бы он не оказался одним из двух или трех самых важных ученых своего поколения не только в Америке, но и во всем мире» [14]. Определение «сильнейший» вполне могло появиться из-за опечаток в слове «страннейший».

В декабре 1943 года Мак-Каллок и Питтс опубликовали статью «Логическое исчисление идей, относящихся к нервной деятельности» [15]. Как следует из названия, ученые рассматривали последствия работы нейронов и их связей и попытались описать это в терминах логики. К сожалению, Питтс предпочел использовать для своих уравнений загадочный и довольно эксцентричный подход Карнапа. Учитывая, что большинство людей и без того нашли бы статью очень трудной для прочтения, теперь она стала, по словам Майкла Арбиба, «практически непостижимой», а для историка науки Лили Э. Кей текст был «почти необъяснимой абстракцией» [16].

Тем не менее среди непроходимых дебрей символической логики встречались участки текста с четкими пояснениями.

Мак-Каллок разрабатывал особый подход к биологии более пятнадцати лет [17]. Главное озарение пришло, когда он понял, что природа закона «все или ничего» эквивалентна логической пропозиции – утверждение либо истинно, либо ложно. Нейрон либо срабатывает, либо нет. Это был пример того, что Мак-Каллок называл «психоном» – базовым ментальным «атомом», который, соединяясь с другими, порождал более сложные явления. Теперь ученый понял, что можно описать активность ряда нейронов – «нервную сеть» – в понятиях пропозиций. Однако Мак-Каллок обнаружил, что изложить данное явление в строгой логической терминологии было выше его возможностей – пока он не встретил Питтса. «Именно ему я обязан главным образом всеми последующими успехами», – позднее писал ученый [18].

Нейрон может либо срабатывать, либо нет.

В работе было представлено десять теорем Мак-Каллока и Питтса, которые сопровождались схемами взаимосвязанных нейронов, выполненными дочерью Мак-Каллока, Таффи, и были сформулированы в терминах алгебры логики, разработанной Джорджем Булем за сто лет до этого [19]. Булева алгебра основана на истинных или ложных утверждениях, которые в соединении с основными операциями «И», «ИЛИ» и «НЕ» позволяют совершать арифметические вычисления. Мак-Каллок и Питтс показали, что подобные операции могут быть воплощены в элементарных структурах нервной системы. Так, например, нейроны на рисунке с представляют собой булеву функцию «И»: нейрон 3 будет срабатывать только в том случае, если срабатывают и нейрон 1, и нейрон 2. Аналогично на рисунке b представлена функция «ИЛИ»: нейрон 3 будет срабатывать, если активен либо нейрон 1, либо нейрон 2. А на рисунке d показана функция «НЕ»: нейрон 3 будет срабатывать, только если нейрон 1 срабатывает, а нейрон 2 нет.

Объединив основные функции, Мак-Каллок и Питтс смогли объяснить довольно сложные явления, например хорошо известную тепловую иллюзию, которую они описали следующим образом: «Если на мгновение приложить холодный объект к коже и тут же убрать его, то будет ощущаться жар. Если же его приложить на более длительное время, то чувствоваться будет только холод, без предварительного тепла, каким бы преходящим оно ни было» [20].

На рисунке e показана сеть, объясняющая данную иллюзию и включающая в себя не что иное, как нейрон для обнаружения тепла (1), другой нейрон для обнаружения холода (2) и два, представляющие ощущение тепла (3) и холода (4), соединенные в сеть через два нейрона (а и b). Как выразились Мак-Каллок и Питтс: «Эта иллюзия очень ясно демонстрирует зависимость соответствия между восприятием и “внешним миром” от специфических структурных свойств промежуточной нервной сети». Базовый психологический феномен можно смоделировать с помощью логической схемы.

Логическое исчисление нервной активности

Рисунки Мак-Каллока и Питтса показывают, как нейронная организация может воплощать аспекты булевой алгебры

Амбиции Мак-Каллока и Питтса выходили далеко за пределы объяснения сенсорных иллюзий. Ученые утверждали, что все важнейшие аспекты психической деятельности «строго выводимы из современной нейрофизиологии» и даже что психиатрические проблемы в итоге будут описаны в терминах некоторой «нарушенной структуры». Их работа доказала, что о нервных системах можно рассуждать в абстрактных категориях. Такое понимание казалось более мощным, чем любая из физических моделей, предложенных в течение предыдущих десятилетий. Новый взгляд подразумевал серьезный отход от доминирующей концепции в понимании работы мозга, которая на протяжении более полувека основывалась на локализации функций в коре головного мозга, но не дала ничего, кроме выделения неопределенных «центров», участвующих в различных моторных функциях. Как эти функции реализовывались на самом деле, оставалось неясным. Настоящее новаторство работы Мак-Каллока и Питтса заключалось в том, что они сфокусировались на процессах, а не на анатомических областях. Понимание мозга теперь, казалось, включало в себя описание алгоритмов, которые могли быть воплощены в нейронных сетях или во взаимодействиях между органами. Ключевым вопросом было отношение между составными частями и тем, как функция возникает из организации – то, что Мак-Каллок и Питтс назвали имманентной логикой нейронных структур.

Хотя данный подход, несомненно, изменил наше представление о мозге, его влияние на изучение реальных функций нервной системы менее очевидно. Во-первых, это было связано с тем, что точные знания о нейронных цепях в то время были очень скудны, а во-вторых, как признавали Мак-Каллок и Питтс, немногие реальные нервные сети соответствовали их абстрактной, чрезвычайно упрощенной модели. Многие нейрофизиологи не могли пройти мимо того факта, что детали не соответствовали характеру естественных нервных систем. Модель, столь далекая от биологической реальности, казалась бессмысленной. Примеры одиночных нейронов, функционирующих в соответствии с операцией «И», после этого действительно были обнаружены. Но в отличие от модели, предложенной Мак-Каллоком и Питтсом, они не являются просто аддитивными[184]. Напротив, они нелинейны и мультипликативны[185], что кажется типичным для биологических систем. Жизнь сложнее логики [21].

Наибольшее влияние статья Мак-Каллока и Питтса – на которую ссылались более 4500 раз – оказала на зарождающийся мир вычислительной техники. В США математик Джон фон Нейман уже использовал булеву алгебру в размышлениях о компьютерах. Норберт Винер обратил внимание фон Неймана на статью Мак-Каллока и Питтса и, в частности, на то, что, хотя они сосредоточились на клеточном воплощении операций «И»/«ИЛИ»/«НЕ» в структуре нервной системы, теория могла применяться к любому субстрату: биологическому, механическому или электронному.

«Компьютер, на котором я набираю эти строки, как и телефон в вашем кармане, работает на основе идей фон Неймана».

Фон Нейман был выдающимся ученым. Он не только играл ведущую роль в Манхэттенском проекте (создал взрывное устройство для бомбы, которая уничтожила Нагасаки, и помог выбрать цель [22]), но и разработал теорию игр[186], которая теперь используется в экономике и экологии, и, что самое важное, начал планировать будущее развитие компьютеров. В июне 1945 года фон Нейман написал предложение о компьютере общего назначения с введенной в память программой, в котором рассматривалась «структура очень высокоскоростной автоматической цифровой вычислительной системы и, в частности, ее логическое управление» [23]. Компьютер, на котором я набираю эти строки, как и телефон в вашем кармане, работает на основе идей фон Неймана.

Несмотря на то, что концепция была сформулирована на языке двоичной логики и представлялась в терминах электрической проводки и светящихся клапанов, в основе ее лежали гипотетические нервные сети Мак-Каллока и Питтса. С первых страниц своей работы фон Нейман апеллировал к биологической аналогии, чтобы обосновать свое предположение о том, каким может быть компьютер:

«Нейроны высших животных… работают по закону „все или ничего”, то есть имеют два состояния: спокойное и возбужденное… Следуя за Мак-Каллоком и Питтсом, мы игнорируем более сложные аспекты функционирования нейронов: пороги, временное суммирование, относительное торможение, изменение порога в результате воздействия стимуляции за пределами синаптической задержки и т. д. …Легко видеть, что эти упрощенные функции нейронов могут быть сымитированы телеграфными реле или электронными лампами».

Фон Нейман продолжал:

«Поскольку эти ламповые устройства должны обрабатывать числа с помощью цифр, естественно использовать систему арифметики, в которой цифры также являются двузначными[187]. Это предполагает использование двоичной системы. Аналоги человеческих нейронов в равной степени являются элементами закона „все или ничего”. Окажется, что они весьма полезны для всех предварительных, ориентировочных соображений электронных ламповых систем».

Фон Нейман обосновывал свой выбор стратегии развития структуры и функций компьютера, ссылаясь на биологическую модель. В момент изобретения компьютер фон Неймана рассматривался как мозг. Метафора, подразумевающая сравнение машины и мозга, повернулась другой стороной. До современного взгляда (рассмотрение мозга как компьютера) прошло несколько лет, в течение которых исследования мозга и вычислительной техники взаимодействовали самым динамичным образом.

* * *

Мак-Каллок и Питтс внесли уникальный вклад в понимание работы мозга, а также – непреднамеренно – в развитие компьютеров, но они были не одиноки в своем подходе. В первые месяцы 1942 года Мак-Каллока пригласили на конференцию на тему мозгового торможения, проходившую в нью-йоркском отеле на Парк-авеню. Одним из докладчиков был Артуро Розенблют, мексиканский физиолог из Гарварда, представивший некоторые исследования, которые проводил с Винером и инженером Джулианом Бигелоу. Винер и Бигелоу были задействованы в военных разработках и пытались создать автоматическую зенитную пушку. Ученые поняли, что система, которую они изучали, функционировала по приниципу обратной связи: орудийный расчет реагировал на траекторию вражеского самолета, маневрировал стволом, стрелял, затем корректировал цель и т. д. [24].

Рассматривая устройство машин и даже нервной системы как цепь, передающую положительную и отрицательную обратную связь, Розенблют, Бигелоу и Винер смогли описать, как из деятельности простой системы может возникнуть внешне целенаправленное поведение. Особенно точно это прослеживалось в случаях с отрицательной обратной связью, когда устройство перестало выполнять заданную функцию, достигнув поставленной цели. Мак-Каллок был сильно взволнован выступлением Розенблюта и начал размышлять о том, как цепи обратной связи могут объяснить различные явления, включая психические заболевания, например неврозы [25].

В 1943 году, когда Мак-Каллок и Питтс опубликовали статью об имманентной логике нервной системы, Розенблют, Бигелоу и Винер подытожили свои рассуждения в публикации под названием «Поведение, цель и телеология». Они пытались объяснить телеологию – целенаправленное поведение в нечеловеческих системах, – описывая ее в терминах положительной и отрицательной обратной связи. В статье указывалось: «Функционирование некоторых машин и отдельные реакции живых организмов предполагают получение от цели непрерывной обратную связи, которая изменяет и направляет поведение объекта» [26].

Используя примеры машин и животных и не применяя уравнения, Розенблют, Бигелоу и Винер исследовали общую структуру для понимания всего поведения, сделав обратную связь ключевым механизмом своей теории. Они допускали, что положительная обратная связь может объяснить некоторые патологические симптомы, такие как тремор при болезни Паркинсона (Мак-Каллок и Питтс также теоретизировали это в самой сложной из своих теорем, названной «сети с кругами», представляющими цепи положительной обратной связи). Розенблют, Бигелоу и Винер выяснили, как отрицательная обратная связь способна вызвать видимую целеустремленность в поведении машины или животного. Как только совершение неких действий вызывает данное состояние, отрицательная обратная связь прекращает деятельность, создавая иллюзию целенаправленного поведения. Эта концепция отсутствовала в теории Мак-Каллока и Питтса. Хотя подобные идеи имплицитно присутствовали в собаке-роботе Селено, функциональных кругах Икскюля и заводном жуке Лотки (ни один из этих прецедентов не упоминался), Розенблют, Бигелоу и Винер были первыми, кто встроил их в общее видение основ поведения.

В то же самое время по другую сторону Атлантики психолог из Кембриджа Кеннет Крейк опубликовал тонкую книжку под названием «Природа объяснения». Бо́льшая часть книги была философской, но во второй части Крейк сосредоточился на гипотезе о работе мозга. Ссылаясь на модели обусловливания Халла, Крейк объяснил, что предпочитает более абстрактный подход, рассматривая не отдельные синаптические механизмы, а скорее «фундаментальную особенность нейронного аппарата – его способность находить соответствия или моделировать внешние события», что, по его мнению, также свойственно вычислительной технике [27].

Вместо поиска туманных аналогий, скажем, между мозгом и телефонной станцией, Крейк избрал гораздо более глубокий подход. Ученому было интересно обнаружить вычисления, которые должен выполнять механизм, чтобы «играть роль в мышлении» [28]. Крейк утверждал, что основной задействованный вид расчета был символическим – представлял аспекты внешней реальности. Выделяя величайшие достижения в технологиях того времени, такие как вычислительные машины, телескопы и т. д., которые были фактически продолжениями человеческих органов чувств и тел, Крейк отмечал, что «мозг сам по себе использует сходные механизмы для достижения тех же целей и что с помощью них он способен устанавливать параллели между явлениями во внешнем мире, как вычислительная машина» [29]. Определяющей функцией символических представлений в нервной системе, по словам Крейка, является их роль в рассмотрении альтернатив и в прогнозировании.

Ментальная модель, построенная благодаря нейронной активности, могла бы готовить организм к потенциальным будущим событиям.

Когда дело дошло до представления того, как эти механизмы воплощаются в мозге, Крейк утратил часть своей уверенности и утверждал, что из-за вариаций в микроанатомии «модели мозга – по образцу телефонной станции – были бы гораздо убедительнее, если бы не постулировали каких-либо конкретных связей». Версия Крейка о воплощении имманентной логики нервной системы была еще более абстрактной, чем гипотеза Мак-Каллока и Питтса [30]. Он полагал, что два человека с различными нейронными структурами могут тем не менее демонстрировать одинаковое поведение, если в их мозгу протекают одни и те же процессы. Крейк полагал, что система случайных связей «примет необходимую степень упорядоченности в результате приобретения опыта», пока сохраняется достаточная пластичность [31]. Рано или поздно возникнут «правильные» связи, если будет обеспечено достаточно времени и опыта. К сожалению, Крейк не смог реализовать свое видение нервной системы как «вычислительной машины, способной моделировать или сопоставлять внешние события»: в 1945 году во время велосипедной прогулки его сбила машина, в результате аварии ученый погиб.

Крейк полагал, что два человека с различными структурами могут вести себя одинаково, если в их мозгу протекают те же процессы.

Труд Крейка не вызвал широкого ажиотажа, когда был опубликован впервые, но в 1946 году Эдриан обратил на него особое внимание в серии лекций, которые были изданы в виде книги в следующем году. Эдриан подытожил идею Крейка: «Мозг должен уметь моделировать или анализировать внешние события, применяя что-то вроде символики, которая используется в вычислительной машине для представления физической структуры или процесса». Отсюда следовало, что «организм несет в своей голове не только карту внешних событий, но и маломасштабную модель внешней реальности и собственных возможных действий».

«Организм несет в своей голове не только карту внешних событий, но и маломасштабную модель внешней реальности и собственных возможных действий».

Сознательно или нет, но Эдриан противоречил главному аспекту спора о мельнице Лейбница – предположению, что даже если бы мы могли видеть скрытую работу мозга, то ничего бы не поняли. Эдриан считал, что, даже если мы не постигнем суть процесса мыслепорождения, эта концепция углубит понимание работы мозга:

«Следовательно, образы и мысли должны рассматриваться как конечные продукты сложной машины… мы были бы способны прочитать мысли человека, если бы могли наблюдать за работой его мозга, так как увидели бы, как один паттерн за другим приобретал необходимую яркость и четкость» [32].

* * *

За всеми подходами, воплотившимися в жизнь в 1943 году, маячили идеи Алана Тьюринга[188]. В 1936 году двадцатичетырехлетний Тьюринг опубликовал статью, в которой использовал логику для описания искусственного устройства, способного вычислить все, что только поддается вычислению [33]. Этот гипотетический аппарат был великодушно назван «машиной Тьюринга» американским логиком Алонзо Черчем, который разрабатывал подобные идеи и с которым Тьюринг только начал работать в Принстоне. Воображаемая машина Тьюринга состояла из ленты, разделенной на квадратные ячейки, на каждой из которых был написан символ, сканирующего устройства (головки записи-чтения), которая могла рассматривать по одному квадрату за раз, и набора правил, указывающих машине, что делать в ответ на каждый символ. В принципе, такое устройство могло вычислить все, что поддается вычислению, что логически включало в себя имитацию другой машины.

Параллель между элементарными компонентами машины Тьюринга и булевыми нейронными цепями была четко отмечена Мак-Каллоком и Питтсом. Они указали, что, если бы нейронные сети были соединены с подходящими входными, выходными и запоминающими компонентами, такими как лента и сканеры, нейроны могли бы вычислять те же вещи, что и машина Тьюринга. Эти два подхода были взаимодополняющими, и концепция нервных сетей Мак-Каллока и Питтса предоставила «психологическое обоснование определению Тьюринга для вычислимости и его эквивалентов» [34]. Как объяснил Мак-Каллок пять лет спустя: «Мы думали, что (и я считаю, что нам это удалось довольно успешно) рассматриваем мозг как машину Тьюринга» [35].

Хотя Тьюринг изначально не мыслил в терминах искусственного интеллекта или связей между организмами и его гипотетическими устройствами, вскоре он начал это делать. В начале 1943 года – в том же году – ученый находился в Лаборатории Белла[189] в Нью-Йорке, в их футуристическом здании в Нижнем Ист-Сайде в Манхэттене, через который проходила наземная линия метро. Тьюринг трудился там над шифровальными протоколами, в итоге позволившими подводной горячей линии между Лондоном и Вашингтоном безопасно работать во время заключительной фазы войны. В лаборатории Тьюринг познакомился с двадцатишестилетним математиком Клодом Шенноном, изучавшим теории шифрования и разрабатывавшим математическую концепцию информации. Они регулярно болтали за обедом или чашечкой кофе, обсуждая общую сферу интересов – создание электронного мозга.

Ученые Тьюринг и Шеннон хотели создать электронный мозг.

Работая в 1937 году над магистерской диссертацией в Массачусетском технологическом институте, Шеннон понял, что существует связь между булевой алгеброй, телефонными схемами компании Bell, которые он изучал на своей летней стажировке, и механической аналоговой вычислительной машиной, построенной Ванневаром Бушем[190] в том же институте. Идея Шеннона была по существу такой же, к какой пришли Мак-Каллок и Питтс несколько лет спустя: можно было использовать логику для описания цепей в терминах символов. В частности, три основных оператора «И», «ИЛИ» и «НЕ» могут быть представлены в виде электрических цепей, работающих на базе двоичной логики. Эта мысль привлекла внимание фон Неймана и помогла ему внести ясность в создание плана будущего цифрового компьютера. Предположение Шеннона также имело очевидные точки соприкосновения с размышлениями Тьюринга. В своих беседах двое мужчин, казалось, пытались перещеголять друг друга, строя воображаемые картины будущего. Шеннон вспоминал:

«Мы любили помечтать и часто обсуждали с Тьюрингом возможность полностью смоделировать человеческий мозг: могли ли мы действительно получить компьютер, который явился бы эквивалентом человеческого мозга или даже намного превосходил его? Тогда это казалось легче, чем сейчас. Мы оба думали, что подобное станет возможным не слишком скоро, лет через десять – пятнадцать. Но и за тридцать лет ничего не изменилось» [30].

В свою очередь, Тьюринга поразили некоторые идеи Шеннона относительно того, что можно сделать с электронным мозгом. Как сказал Тьюринг исследователю Лаборатории Белла Алексу Фаулеру: «Шеннон хочет скормить Мозгу не только данные, но и культуру! Он хочет играть ему музыку!» [37]

* * *

Через несколько месяцев после окончания войны, в марте 1946 года, Фонд Мэйси провел первую из серии встреч под довольно громоздким названием «Механизмы обратной связи и круговые причинные системы в биологии и социальных науках». В последующие годы оно было сокращено до более простого наименования «Кибернетические встречи», после публикации бестселлера Винера 1948 года «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине».

Амбициозность этих мини-конференций была заявлена в самом названии: исследователи стремились объединить биологию и социальные науки (и зарождающуюся область вычислительной техники) путем выявления общих механизмов, в том числе обратной связи. На первой встрече присутствовало чуть больше десятка человек. Джон фон Нейман и испанский нейрофизиолог Рафаэль Лоренте де Но[191] говорили о значении электронных и нейронных цифровых систем. Лоренте де Но, работавший с Кахалем в 1930-х годах, описывал нейроны как элементы живого автомата [38].

Но в тот самый момент, когда разгадка, казалось, была близка и обещала новое понимание функций мозга, фон Неймана начали одолевать сомнения. В ноябре 1946 года он написал письмо Винеру, в котором предположил, что акцент на параллелях между компьютерами и мозгом, вероятно, был ошибочным. Он утверждал, что «после того, как большой положительный вклад Тьюринга-Питтса-и-Мак-Каллока был принят, ситуация скорее ухудшилась, а не улучшилась» [39]. Проблема, как понял фон Нейман, заключалась в том, что реальные нервные системы были гораздо сложнее описанных в теоремах Мак-Каллока и Питтса. В действительности они не функционировали цифровым образом за пределами элементарного закона «все или ничего» одноразового действия. В частности, как показал Эдриан, нейронный код включает в себя важнейший аналоговый элемент: частота пульсации нейрона возрастает с усилением стимула. Когда дело доходит до представления внешнего мира, нейроны не действуют как цифровые сущности.

Ученый фон Нейман утверждал, что наука должна отказаться от изучения нервной системы.

Фон Нейман теперь считал, что они с Винером ошиблись, выбрав в качестве предмета для изучения «самый сложный объект под солнцем» – человеческий мозг. Обращение к более простой нервной системе, такой как у муравья, не поможет, утверждал фон Нейман: «Мы теряем почти столько же, сколько приобретаем. По мере того как цифровая (нейронная) часть упрощается, аналогическая (гуморальная) часть становится менее доступной… субъект утрачивает ясность, а наши возможности общения с ним становятся все беднее и беднее по содержанию». Решение фон Неймана состояло в том, что наука должна отказаться от изучения нервной системы. Наилучшая перспектива успешного использования логики для понимания биологии придет, по его мнению, из вирусологии[192].

Несмотря на свой пессимизм, фон Нейман продолжал участвовать в дискуссиях о кибернетике и мозге. И в сентябре 1948 года он выступил в Пасадене в рамках конференции «Церебральные механизмы в поведении», где противопоставил структуры аналоговых и цифровых компьютеров, прежде чем сравнить их с нервными системами [40]. Ученый признал, что нейроны не являются по-настоящему цифровыми структурами не только из-за специфичной реакции, но и потому, что цепи обратной связи, в которые они вовлечены – например, контролирующие артериальное давление, – содержат одновременно и нейронные, и физиологические компоненты. Как выразился сам фон Нейман, «живые организмы представляют собой невероятно сложные, частично цифровые и частично аналоговые механизмы» (41).

Фон Нейман также объяснил, что мозг намного меньше любого компьютера и содержит гораздо больше компонентов (так было до появления транзисторов, первые прототипы которых разработали всего за год до выступления ученого, позволив сделать первый шаг в уменьшении размеров компьютеров, но такая точка зрения актуальна до сих пор). Прежде всего, он указал одним из главнейших вопросов в нейробиологии, используя глагол, который сейчас воспринимается вполне обычно, но в то время привнес новизну: «Как [нейрон] кодирует непрерывное число в цифровое обозначение?»

Приняв, что подход Мак-Каллока и Питтса доказал, что «все, что может быть исчерпывающе и однозначно описано… ipso facto[193] реализуемо подходящей конечной нейронной сетью»[194], Нейман обозначил практические проблемы, связанные с достижением данной цели. Нечто столь простое, как визуальная аналогия – к примеру, «объект похож на треугольник», – может предполагать «совершенно нереальное число» составляющих. Ученый пессимистически заключил:

«Поэтому вполне вероятно, что бессмысленно искать точное логическое понятие, то есть конкретное словесное описание „визуальной аналогии”. Возможно, что паттерн связи зрительного восприятия мозга сам по себе является простейшим логическим выражением или определением этого принципа».

Фон Нейман утверждал, что невозможно построить модель даже некоторых относительно простых психических процессов – доступна лишь частичная имитация реальной нервной системы, предназначенная для этого расчета. Он опасался, что любое материальное представление человеческого мозга, основанное на подходе, изложенном Мак-Каллоком и Питтсом, может оказаться «слишком масштабным, чтобы вписаться в физическую вселенную».

Ученый фон Нейман утверждал, что невозможно построить модель даже некоторых относительно простых психических процессов.

На той же конференции в Пасадене Мак-Каллок прочитал лекцию под провокационным названием «Почему разум находится в голове». (До смешного банальный ответ, данный в последнем абзаце, состоял в том, что именно там расположены все нейроны.) Он тоже теперь пессимистично относился к возможности построения модели мозга.

Питтс занимался отображением отношений ввода-вывода для простых рефлекторных дуг «и пока не получил очень простого ответа», сообщил Мак-Каллок, прежде чем продолжить: «Нет ни малейшего шанса, что мы сможем сделать даже это для всей коры головного мозга» [42]. Подобное не стало бы неожиданностью для большинства нейрофизиологов ни тогда, ни сейчас.

Через несколько недель после этой встречи Винер опубликовал «Кибернетику, или Управление и связь в животном и машине», которая изменила все. Термин «кибернетика» начали использовать для обозначения отдельной научной области (Винер образовал его от древнегреческого словосочетания, означавшего «искусство управления»). Книга же стала международным бестселлером, несмотря на содержавшиеся в ней обширные уравнения, непонятные для большинства читателей и полные ошибок, – иными словами, приобрела решающее значение как для ученых, так и для широкой публики. Сам Винер был титанической личностью и привлекал внимание прессы. Дородный, в очках с толстыми стеклами и бородой Ван Дейка, Винер учился у Бертрана Рассела еще подростком – первый том его автобиографии носил точное, хоть и, пожалуй, нескромное, название «Экс-вундеркинд». Его семейная жизнь была непростой: хотя отец Винера был русским евреем, мать ученого придерживалась антисемитских взглядов и была сторонницей Гитлера. Таффи Мак-Каллок вспоминала, как Винер приезжал в загородный дом ее родителей и купался нагишом в близлежащем озере: «Он был настоящим эксцентриком. И походил на лягушку с выпученными глазами. Я помню, как Винер, с большим, выступающим вперед животом, плавал в озере, беспрестанно болтал, размахивал сигарой в воздухе и медленно уходил под воду». Дочь Винера также помнила эти купания голышом и угрозу домашнего скандала, которую они представляли: «О, если бы мама пронюхала об этом, представляю, как она вышла бы из себя» [43].

В «Кибернетике» Винер объяснял новую математическую концепцию информации, разработанную им во время войны совместно с Клодом Шенноном, и подчеркивал роль отрицательной обратной связи в создании целенаправленного поведения у животных и машин. Он также исследовал аналогии между мозгом и компьютером. Как и фон Нейман, ученый взял за отправную точку идентификацию потенциала действия Мак-Каллока и Питтса с цифровым сигналом, но признавал при этом и фундаментальный вклад Тьюринга. Винер использовал этот конструкт для обсуждения моделей памяти, включая то, что кажется интуитивно правильным: «Вполне вероятно, что информация сохраняется в течение длительных периодов времени с помощью изменения пороговых значений нейронов, или, другими словами, изменения проницаемости каждого синапса для сообщений» [44].

Винер также сравнил мозг и компьютер, сосредоточив внимание на одном особенно существенном различии – потенциальной роли гормонов как способа общения внутри тела, влияющего на мозг и поведение. Как выразился исследователь, эти физиологические сигналы не обладают структурой жестких связей, поэтому должны быть как-то обозначены для «тех, кому это может понадобиться», поскольку свободно циркулируют внутри тела, но воздействуют только на определенные наборы нейронов. Это очень отличало функционирование мозга от того, как работает компьютер.

Ученый Винер, как и фон Нейман, исследовал аналогии между мозгом и компьютером.

На конференции по кибернетике 1950 года чикагский физиолог Ральф Джерард озвучил перспективную точку зрения, предупредив коллег об опасности грандиозных заявлений и «чрезмерного оптимизма» в отношении использования данного подхода для понимания мозга, учитывая отсутствие знаний о том, как на самом деле функционирует нервная система. Он подчеркнул, что независимо от цифровой природы потенциала одиночного действия способ, которым нейроны передают информацию, по существу является аналоговым и нейронные сети не функционируют как электронная машина [45]. Мак-Каллок, который, вероятно, больше всего потерял бы (учитывая его вклад в этот вопрос), остался при своем мнении, настаивая на том, что передача сигнала и все сопутствующие процессы «происходят мгновенно». Дискуссия постепенно сфокусировалась на мелочах и закончилась долгим и бесполезным спором об определениях. Пропасть между теоретиками и биологами-практиками росла.

В заключительных замечаниях фон Неймана по данному вопросу, опубликованных посмертно в 1958 году под названием «Компьютер и мозг», были повторены многие из аргументов, разработанные им десятилетием ранее. Ученый признавал, что проблема заключается не просто в том, что мозг намного сложнее машин, но что он, по-видимому, функционирует совсем не так, как первоначально ожидалось. «Здесь существуют различные логические структуры, не похожие на те, с которым мы сталкиваемся в логике и математике», – писал он [46]. Фон Нейман пришел к выводу, что «внешние формы существующей математики не являются абсолютно релевантными с точки зрения оценки того, что такое математический или логический язык, действительно используемый центральной нервной системой». Теория была могущественна, но труднопостижимая биологическая реальность была еще сильнее.

* * *

Конференции по кибернетике продолжались с 1946 по 1953 год, но не привели к какому-либо реальному прогрессу в понимании мозга, за исключением доказательства роли обратной связи и утверждения, что в поведении машин и организмов могут быть некоторые общие процессы. Физик и молекулярный генетик Макс Дельбрюк[195], никогда не стеснявшийся в выражениях, присутствовал на одном из заседаний и презрительно отозвался о дискуссиях как о «совершенно пустых и абсолютно бессмысленных прениях» [47]. Загвоздка была в том, что разговоры касались чего угодно – от обучения осьминога до квантовых теорий памяти, но, поскольку большинство участников не были экспертами в данной области, дискуссия имела тенденцию скатываться к банальностям, бесконечным просьбам разъяснений или комментариям, таким как жалобное замечание нейропсихолога Ральфа Джерарда на встрече 1949 года: «Я просто спросил, о чем мы должны говорить» [48].

Не придя ни к каким важным выводам, группа в конце концов распалась, закат ее существования ознаменовался таинственной ссорой, которая оттолкнула Винера от Мак-Каллока и Питтса и, по-видимому, была подстроена женой Винера по ее собственным злонамеренным мотивам [49].

В Соединенном Королевстве группа молодых исследователей в 1949 году организовала более неформальное общество, которое собиралось в Лондоне под названием «Клуб Ratio»[196]. Ключевым критерием для приема в этот избранный круг было то, что, как хипстер XXI века, озабоченный мейнстримом, вы должны были заниматься кибернетикой до того, как Винер опубликовал «Кибернетику». (Точная фраза была такова: могут вступать только те, «у кого были идеи Винера до появления книги Винера»; профессорам также запрещалось участвовать) [50]. Хотя в клубе несколько раз выступал Мак-Каллок, им не хватало знаменитых участников (и финансирования), как у американской Группы Кибернетики, и клуб тоже в конце концов распался в 1958 году, после тридцати восьми встреч.

Проблема как для американских, так и для британских исследователей состояла в том, что кибернетика была хороша на первый взгляд, но не оправдывала ожиданий.

Кибернетика не оправдала ожиданий исследователей XX века.

Тьюринг, который был членом лондонского «Клуба Ratio», особенно скептически относился к грандиозным заявлениям, звучавшим из уст некоторых американских кибернетиков, – и считал Мак-Каллока «шарлатаном» [52]. В итоге Тьюринг отошел от изучения мозга и сосредоточил свой блестящий ум на том, как развиваются и растут организмы.

Был и некий светлый луч в довольно мрачном поворотном периоде послевоенной науки: группа кибернетики, «Клуб Ratio» и мировая общественность были зачарованы попытками воплотить кибернетические идеи в полуавтономных роботах. Например, на конференции 1951 года Клод Шеннон представил робота, обучающегося проходить лабиринт. Устройство двигалось по простому лабиринту методом проб и ошибок и могло запоминать правильный маршрут, а также имело встроенную «антиневротическую цепь»: если роботу слишком долго мешали достичь цели, он начинал совершать беспорядочные движения, чтобы найти выход [53]. Первоначальный вариант такого робота, построенный из семидесяти пяти громоздких электромагнитных телефонных реле, представлял собой большую сетку с датчиком в виде пальцев, которая перемещалась по поверхности лабиринта. Позже она была модернизирована до более приятной для общественности «мыши», которая перемещалась с помощью магнитов. Мышь по имени Тесей[197] стала главным героем короткометражного фильма, в котором Шеннон утверждал, что прохождение лабиринта «включает определенный уровень умственной деятельности, возможно, что-то сродни мозгу» [54].

Ученый Норберт Винер построил робота-мотылька, который состоял из трех колес и стремился к свету.

Робот поразил всех: от участников заседания секции кибернетики («Слишком похож на человека», – безапелляционно заявил один зритель [55]) до читателей журналов Time, Life и Popular Science, а также работодателей Шеннона, которые хотели сделать ученого членом совета в знак признания его достижений [56]. Несмотря на бурю волнений, Тесей был не более чем изощренным вариантом механического робота для прохождения лабиринта, которого создали Росс и Смит еще в 1930-х годах. Не говоря о том, что «мышь» все равно не давала никаких представлений о сущности научения [57].

Норберт Винер также построил робота – трехколесного «мотылька», стремящегося к свету. Если полярность нейтронного потока менялась на противоположную, устройство уклонялось от светового стимула и превращалось в убегающего от света клопа [58]. Версия мотылька была продемонстрирована публике в 1950 году во время пролога к постановке пьесы Чапека «Р.У.Р.» в Гарвардском университете. Издание The Harvard Crimson сообщало: «Паломилла совершала ошибки; она один раз врезалась в занавес и часто останавливалась. Но мотылек действовал по крайней мере с такой же решительностью и гораздо большей скоростью, чем земляной червь» [59].

Примерно в то же время Грей Уолтер из «Клуба Ratio» разработал аналогичное устройство в форме пары колесных черепах, названных Элмер и Элси (невнятные аббревиатуры для электромеханических светочувствительных роботов: англ. electroMechanical Robots, light Sensitive) [60]. Подобно винеровскому мотыльку, черепахи, которые в итоге были выставлены на «Фестивале Британии»[198], а в настоящее время находятся в Музее науки в Лондоне, реагировали на свет. В 1951 году диктор кинохроники студии Пате[199] с энтузиазмом сообщил британским кинозрителям, что черепаха Уолтера (переименованная в Тоби, очевидно, для большей благозвучности) имеет «электронный мозг, который функционирует подобно человеческому разуму» [61]. На самом деле все, что делал Тоби, – это прокладывал себе путь к свету и беспорядочно метался, если на пути встречался какой-нибудь предмет. Когда у него садились батарейки, он возвращался к зарядной станции, своего рода клетке. В реальности ни моль-клоп, ни черепахи не явили собой концептуального прогресса по сравнению с электрической собакой Селено – все эти устройства использовали обратную связь.

Более серьезные претензии были предъявлены к машине, построенной другим членом «Клуба», Уильямом Россом Эшби[200], который использовал электромагнитные бомбардировщики Королевских ВВС для создания устройства, которое он назвал гомеостатом[201]. Это было гибридный аналого-цифровой механизм, разработанный по типу самоорганизующейся системы, способной реагировать на изменения в окружающей среде и поддерживать стабильное состояние некоторых величин. Его работа была малопонятной. Питтсу, в частности, было весьма трудно разобраться, когда гомеостат представили на заключительной конференции Фонда Мэйси в 1952 году. Но гомеостат показал, как случайные изменения могут способствовать постепенному появлению адаптивного поведения [62]. Хотя прибор, возможно, был интересной метафорой того, как естественный отбор в ходе эволюции формирует наши чувства, до сих пор не совсем понятно, какое прозрение (если таковое было) гомеостат мог предложить в области изучения функций мозга [63].

В действительности, каким бы ни было влияние на общественный интерес к робототехнике или даже возможность того, что наборы инструкций и искусственных компонентов способны порождать поведение, ни Тесей, ни Паломилла, ни Тоби-Элмер, ни таинственный гомеостат не сыграли существенной роли в создании научных подходов к работе мозга [64].

* * *

В одном отношении, однако, послевоенный мир действительно пришел к значительному консенсусу относительно функции мозга. Было выдвинуто предположение, что в некотором роде деятельность человеческого мозга и существование разума – это одно и то же. Два ключевых открытия были сделаны практически одновременно, но в довольно отличных формах. В 1949 году философ Гилберт Райл[202] доступно изложил эту проблему в книге «Понятие сознания», а в 1950 году Алан Тьюринг написал обширную научную статью «Вычислительные машины и разум» [65].

Публикация Тьюринга имела огромное влияние, поскольку именно в ней он предложил методику, известную как «тест Тьюринга» – способ ответить на вопрос «Могут ли машины мыслить?».

Идея ученого, которую сам он называл «игрой в имитацию» (отсюда и название фильма о его жизни[203]), заключалась в следующем: если у вас есть устройство, способное отвечать на вопросы, и человек, разговаривающий с этим устройством, оказывается не в состоянии обнаружить, что общается с машиной, тогда во всех смыслах она умеет мыслить.

Если есть устройство, которое способно отвечать на вопросы, а человек не понимает, что общается с машиной, то во всех смыслах оно умеет мыслить.

Статья Тьюринга не содержала никаких вычислений и была по существу философским эссе, суть которого мыслители, вроде Локка или Лейбница, уловили бы мгновенно. Тьюринг был уверен, что технические разработки в конце концов приведут к тому, что машины пройдут это испытание:

«Я уверен, что через пятьдесят лет станет возможным программировать работу машин с емкостью памяти около 106, чтобы они могли играть в имитацию настолько успешно, что шансы среднего человека установить присутствие машины через пять минут после того, как он начнет задавать вопросы, не поднимались бы выше 70 %» [66][204].

Что касается того, как это воплотить в жизнь, то Тьюринг полагал, что «проблема заключается главным образом в программировании» [67]. При правильном подходе машина Тьюринга, состоящая из материи, по-видимому, сможет мыслить. К аналогичному выводу пришел год спустя инженер Дональд Маккей из «Клуба Ratio»: «Мы не смогли отыскать принципиального различия между наблюдаемым поведением человеческого мозга и поведением, возможным в подходяще спроектированном артефакте» [68]. Для Тьюринга трюк заключался в подходящем программировании, для Маккея это был вопрос конструирования. В обоих случаях логика подсказывала, что машина может выдавать результат, неотличимый от результата работы мозга.

Работа Райла «Понятие сознания» во многом подкрепила убежденность большинства читателей в том, что разум имеет материальную основу. Райл не пытается объяснить ни то, как работает мозг, ни то, как его деятельность приводит к существованию разума – слово «мозг» вообще почти не упоминается.

Главной целью философа было последовательное разрушение дуалистической системы Декарта, которую ученый недвусмысленно охарактеризовал как «догму призрака в машине». Его аргумент создал стройную философскую концепцию, согласно которой психическая жизнь тождественна физической активности мозга, но Райл не сумел доказал ее истинность.

В Великобритании его идеи быстро завоевали общественное сознание, причем радио сыграло в этом процессе не последнюю роль. В 1950 году Третья программа ВВС транслировала серию выступлений таких ораторов, как Шеррингтон, Эдриан и Райл, под общим названием «Физическая основа разума», в то время как «Лекции Рейта»[205] того года читал Джон Закери Янг, и они имели подзаголовок «Размышления биолога о мозге» [69].

Схема, сопровождающая «Лекции Рейта» Дж. З. Янга 1950 года, показывающая некоторые пути, связанные с предупреждающим криком ребенку, который собирается перейти дорогу. По сравнению со схемой Шарко здесь больше анатомических деталей, и, прежде всего стрелки представляют информационные пути

Тексты бесед были опубликованы в еженедельном журнале ВВС «Слушатель» и растиражированы в виде книг. Зоолог Солли Цукерман в докладе «Механизм мышления: Разум и вычислительная машина» и прежде всего Янг в прочитанных семи лекциях популяризировали новый взгляд на мозг и поведение, разработанный Винером, разъясняя его идеи об отрицательной обратной связи и подчеркивая значимость информации в мозге. Янг обратился к своей аудитории следующим образом:

«Информация поступает в мозг в виде своеобразного кода… импульсов, проходящих по нервным волокнам. Полученные данные хранятся в мозгу либо путем передачи импульсов по замкнутым цепям, либо в форме, соответствующей отпечатку. Именно это и делают вычислительные машины: они одновременно хранят старые данные и получают новую информацию и вопросы в закодированной форме. Полученная в прошлом информация формирует правила действия машины, кодируется и хранится, чтобы к ней можно было обратиться… В мозге клеток даже больше, чем электронных ламп в вычислительной машине, и не исключено, что он действует в некотором роде как арифмометр… Однако мы все еще не знаем точно, как мозг хранит правила или сравнивает с ними входные данные. Он может использовать принципы, отличные от принципов вычислительной техники» [70].

Уверенность, проявленная такими знаковыми фигурами, как Райл, Тьюринг и Янг, в отношении физических основ разума резко контрастировала с довоенными представлениями. Отголосок старых взглядов еще звучал в идеях Шеррингтона, который в 1937 году, в возрасте восьмидесяти лет, прочитал серию лекций в Эдинбурге. Они были опубликованы в 1940 году под названием «Человек и его природа» и содержали довольно бессвязные размышления ученого о связи между разумом и мозгом. В одной из лекций он использовал причудливую аналогию для описания функции мозга; метафору, которая стала удивительно известной среди нейробиологов – «заколдованный ткацкий станок». Эта фраза встречается, когда Шеррингтон описывает, что происходит с нами при пробуждении:

«Мозг пробуждается, и вместе с ним возвращается разум. Как будто Млечный Путь вступил в некий космический танец. Голова быстро становится заколдованным ткацким станком, где миллионы мелькающих челноков ткут растворяющийся узор, всегда осмысленный, но непостоянный; изменчивая гармония субпаттернов» [71].

Определение «заколдованный» не был просто выразительным эпитетом. Вся аргументация Шеррингтона, иногда выражаемая как своего рода лирическая метафизика, состояла в том, что, хотя существует корреляция между разумом и мозгом, это вовсе не означает, что разум находится в мозге, просто мозг служит местом взаимодействия между ними, как утверждал Декарт. Истинная природа разума была неизвестна, и Шеррингтону казалось, что у него вообще нет физической основы. Он неоднократно критиковал широко распространенное материалистическое предположение о том, что ум есть некая форма энергии. Шеррингтон подчеркивал, что невозможно было обнаружить разницу в форме или функции нейронов, задействованных в областях мозга, отвечающих за рождение мысли, и теми, что нашли в других частях тела [72]. Ум, утверждал Шеррингтон, не основан на материальных явлениях. Подразумевалось, что метафорический ткацкий станок был заколдован в буквальном смысле, так как работал с помощью магии. Как выразился ученый на своем типично витиевато-образном языке: «Ум… является в нашем пространственном мире более призрачным, чем призрак. Невидимый, неосязаемый, он не имеет даже очертаний, он не “вещь”. Он существует без чувственного подтверждения и останется без него навсегда» [73].

Лекции Шеррингтона были опубликованы в 1940 году под названием «Человек и его природа» и содержали довольно бессвязные размышления ученого о связи между разумом и мозгом.

Мак-Каллок и Питтс прекрасно осознавали противоречие между подходом, изложенным в их статье 1943 года, и взглядами Шеррингтона. В конце своей работы они сделали следующее заявление: «Как формальные, так и конечные аспекты той деятельности, которую мы привыкли называть ментальной, строго выводимы из современной нейрофизиологии… В таких системах “ум” больше не может быть “более призрачным, чем призрак”» [74].

Точный подход, разработанный Мак-Каллоком и Питтсом, оказался ошибочным, поскольку нервные системы функционируют не так, как они предполагали. Но их внимание к процессам, которые можно представить как вычисления, и к значению фундаментальных структур нервной системы – все это имело огромное значение. Сейчас мало кто из ученых стал бы утверждать, что «мозг – это компьютер», за исключением того, что данная метафора дает очень смутное представление для общественности. Но все-таки большинство согласилось бы с тем, что мозг можно рассматривать – среди прочего – как вычислительный орган, который, как полагал Крейк, манипулирует символическими представлениями о внешнем мире, чтобы исследовать альтернативные варианты или решения. Хотя в тот период наука достигла консенсуса относительно того, что делает мозг, среди исследователей еще не было согласия по вопросу, как именно он это делает. Теории, объясняющие данную проблему, начали развиваться во второй половине XX века, с появления нового взгляда на мозг, описывающего все его функции и применяющегося в современном научном мире. Мы переносимся в настоящее.

Настоящее

В мае 2018 года я присутствовал на конференции по нейронным цепям в исследовательском кампусе «Джанелия» в пригороде Вашингтона, округ Колумбия. Однажды за обедом, сидя под солнцем Вирджинии, мы беседовали с одним из местных исследователей, доктором Адамом Хантманом. Накануне вечером я выступил с докладом, основанным на некоторых идеях настоящей книги, и это привело к одному из разговоров на тему «Куда мы идем?». Взгляд Адама был откровенным: «Какие концептуальные новшества мы создали за последние тридцать лет?» – спросил он, прежде чем ответить на собственный вопрос: «Ни единого».

Адам был не прав, но только потому, что не зашел достаточно далеко. В действительности, конечно, можно утверждать, что за последние пятьдесят лет в общем понимании работы мозга не появилось ни одной принципиально новой концепции. Но этот период ознаменовался огромными открытиями, удостоенными Нобелевской премии. Поразительный уровень совершенства современной техники подарил исследователям удивительную степень точности и контроля мозговой активности, обширное компьютерное моделирование фиксирует работу миллионов нейронов, и теперь мы ценим роль химии в функционировании нейронных сетей. Все это дает нам гораздо более богатое понимание процессов, протекающих в мозге, по сравнению с прошлыми поколениями. Однако мы все еще мыслим о мозге в той же парадигме, что и наши научные «предки».

Согласно точке зрения, установленной Крейком, Мак-Каллоком и другими, мозг содержит символические представления о внешнем мире и манипулирует ими, чтобы прогнозировать потенциальный ход событий и порождать определенное поведение. Он делает это с помощью своего рода вычислительного подхода, но не похож ни на одну машину, которую мы построили, потому что погружен в сложную систему химических реакций и его активность частично определяется собственными внутренними состояниями. Огромный прорыв в постижении работы мозга случился благодаря данному подходу, принятому в 1940-х – начале 1950-х годов.

Этот период был ознаменован не только созданием мощной основы для нового мышления о мозге, но и всплеском научного интереса, который привел к появлению особой дисциплины и термина – нейробиологии. Слово было создано в 1960-х годах[206], а к 1970-м постепенно захватило то, что когда-то было частью психологии, физиологии и неврологии. Так появилась уникальная область знания. Обычные параферналии[207] академических кругов: журналы, научные общества, учебные программы, премии, университетские кафедры, исследовательские программы и степени – все это было задействовано. Вскоре вокруг всего этого многообразия сложилась новая дисциплина. Кроме того, все больше и больше ученых принимали нейробиологический подход к изучению мозга.

В настоящее время во всем мире существуют десятки тысяч исследователей мозга, работающих с ошеломляющим диапазоном новых субдисциплин: когнитивные нейронауки, нейробиология, теоретические нейронауки, клиническая нейронаука и многое другое.

Каждая – со своими вопросами, методами и подходами [1].Ежегодно появляются тысячи научных статей, касающихся функций мозга. Масштабные правительственные и частные инициативы посвящаются пониманию мозга и его связи с проблемами психического здоровья. А нейробиология сыграла важную роль в развитии компьютерных технологий и некоторое время оказывала существенное влияние на гуманитарные науки.

Ежегодно появляются тысячи научных статей о функциях мозга.

Все последующие главы охватывают один период – примерно с 1950-х годов по сегодняшний день. Каждая из них рассматривает различные аспекты мозга (не обязательно человека или даже млекопитающего): память, нейронные цепи, компьютерные модели мозга, химию мозга, визуализацию мозга и, наконец, возобновление интереса к природе сознания. Такое распределение тем несколько искусственно и не вполне удовлетворительно: существуют общие идеи и методы, пронизывающие разные главы, а иногда одни и те же имена повторяются, когда исследователи переходят из одной области в другую. Есть также повторяющиеся темы, в частности, меняющееся понимание того, локализованы ли в мозге конкретные функции, и если да, то в какой степени и на каком уровне. Таким образом, нижеследующие главы не дают исчерпывающей картины, а представляют пестрое и немного разрозненное описание современных взглядов на работу мозга, демонстрирующее, как развивались знания в течение последних семидесяти лет.

Также я старался охватить изменения в том, кто занимался наукой. В предыдущих главах было очень мало женщин. С середины XX столетия все начинает меняться, особенно вы заметите это в отрывках, посвященных последним трем десятилетиям. Другие аспекты разнообразия в науке – в частности, то, где ей занимаются, какие социально-экономические и этнические группы принимают участие в исследованиях, – остаются почти такими же, как и в предыдущие века. Неясно, влияют ли эти структурные предубеждения на наше понимание того, что и как делает мозг, хотя неопределенность связана прежде всего с тем, что никто не изучал данный вопрос.

Когда речь идет о сравнительно недавнем периоде, история пронизана текущими тенденциями и интересами, и в результате в главах встречаются концепции и идеи, которые могут раздражать некоторых читателей. Мой коллега из Центра истории науки, техники и медицины Манчестерского университета, покойный Джефф Хьюз, отмечал, что писать историю современной науки невероятно трудно. Ученые и историки часто сталкиваются с противоречивыми целями [2]. В данном случае подобные проблемы могут проступать особенно ярко, учитывая, что я являюсь одновременно и наблюдателем, и в некоторой (очень незначительной) степени участником отдельных событий. Эксперты, несомненно, будут разочарованы тем, что конкретная область, эксперимент или исследователь либо не упоминаются, либо обсуждаются слишком кратко. Например, исследование сна, невизуальное восприятие, гормоны, эмоции, развитие мозга и то, как гены влияют на мозг, – все это рассматривается не очень подробно. Я приношу свои извинения ученым из перечисленных и других областей, но невозможно отдать должное всему спектру работ, выполняемых в сфере изучения мозга, и часто между различными субдисциплинами существует мало согласия относительно того, куда мы идем.

Парадоксально, но, несмотря на огромный прогресс, до сих пор не ясно, есть ли у нас теоретические инструменты, необходимые для решения проблем понимания мозга в XXI веке.

Но чтобы узнать, куда мы движемся и что нас ждет в будущем, прежде всего нужно понять, где мы находимся сейчас и как мы сюда попали.

10

Память. 1950-е годы – настоящее время

Начиная с 1930-х годов монреальский нейрохирург Уайлдер Пенфилд провел сотни операций на головном мозге с целью облегчить хроническую, изнуряющую форму височной эпилепсии[208] [1]. Чтобы определить, какую часть мозга необходимо удалить, он мягко стимулировал находящихся в сознании пациентов электрическим током, подаваемым с помощью тонких электродов. Если стимуляция определенного участка мозга приводила к признакам неизбежного припадка, Пенфилд понимал, что данный «кусочек» был кандидатом на удаление. Эта процедура обнаружила нечто довольно жуткое: иногда стимуляция заставляла пациента заново, в точности до деталей, переживать определенные события. Переживания были яркими и подробными, как сон наяву. Часто пациенты слышали звуки: играло пианино, кто-то пел известную песню или звучал телефонный разговор между двумя членами семьи. В одном случае, когда электрод был оставлен на месте и ток продолжал подаваться, музыка продолжала звучать в голове пациентки, и она подпевала. В другом случае при стимуляции определенной области пациент слышал оркестр, исполняющий популярную в то время песню «Маршируем вместе». Иногда больной видел человека и собаку, идущих по дороге мимо его дома, или мешанину огней и цветов, а еще один пережил момент, когда мать пациента говорила его младшему брату, что у того задом наперед надето пальто.

Странные ощущения возникали, только если стимулировалась соответствующая область. Когда электрод убирали или пациенту сообщали, что начали стимуляцию, но ее на самом деле не было, ничего не происходило. Как выразился Пенфилд, «воспоминания, явно происходящие из жизненного опыта пациента, иногда могут быть навязаны ему стимулирующим электродом» [2]. Эти онейроидные[209] переживания были удивительно постоянными для конкретного индивидуума – повторная стимуляция в одном и том же месте вызывала у больного точно такие же ощущения. Для Пенфилда эти явление свидетельствовало о точной локализации памяти в мозге. Пациентов же подобное часто тревожило.

* * *

Драматические открытия Пенфилда возвестили о возобновлении долгих споров о локализации функций мозга, которые уходили корнями еще в античность и продолжаются по сей день. В середине XX века один из доминирующих взглядов в изучении нейронных основ памяти высказал Карл Лешли[210], чьи эксперименты на животных, казалось, продемонстрировали, что трудности в обучении, вызванные хирургическими операциями, были пропорциональны степени повреждения коры головного мозга. Он объяснил выявленный эффект двояко: во-первых, клетки имели равные возможности; во-вторых, мозг целиком участвовал в процессе создания и хранения воспоминаний – ученый называл это «массовым действием». Для Лешли, как и для Флуранса в XIX веке, деятельность мозга могла пониматься только как целостное явление.

После открытия Пенфилда возобновились споры о локализации функций мозга, которые уходили корнями еще в Античность.

В 1950 году Лешли выступил в Кембридже с докладом под названием «В поисках энграммы»[211], в котором подводил итоги работы по изучению памяти [3]. На пике своего влияния (он заболел в 1954 году и умер четыре года спустя в возрасте шестидесяти восьми лет) ученый утверждал, что память распределена по всему мозгу. Вспомнив о своих длиною в жизнь поисках энграммы, он предположил, что они были напрасны, и криво усмехнулся:

«Эта серия экспериментов дает надежную информацию о том, что и где не является памятью. Не удалось обнаружить ничего, непосредственно свидетельствующего о реальной природе энграммы. Порой, рассматривая доказательства локализации следа памяти, я чувствую, как сам собой напрашивается вывод, что обучение просто невозможно… Тем не менее, несмотря на такие контраргументы, обучение все же происходит» [4].

Рисунок Пенфилда изображает вертикальный срез мозга, указывающий, где стимуляция произвела эффект, как от звучания песни

Мнение Лешли, что память распределена по всему мозгу, вскоре, по-видимому, было опровергнуто жуткими открытиями Пенфилда, о которых он впервые сообщил на встрече в 1951 году. Лешли присутствовал в зале. Пенфилд объяснил странные переживания своих пациентов следующим образом: когда мы обращаем сознательное внимание на события в жизни, то «одновременно фиксируем их в височной доле» [5]. Эта фиксация содержала как зрительные, так и слуховые стимулы и хранилась где-то в области ниже коры, в середине мозга, которая соединена с корой сложным набором нервных волокон. Во время стимуляции импульсы, представленные этими ощущениями, «проходят в обратном направлении к нейронам, создавшим паттерн». Другими словами, опыт воспроизводится через те же нейронные сети, которые его и записали. Похоже, Пенфилд активировал энграмму.

При обсуждении выступления Пенфилда Лешли вынужден был признать, что зашел в тупик: «У меня нет четкой альтернативы, чтобы предложить объяснение данных доктора Пенфилда». Правда, ученый сделал все что мог, чтобы опровергнуть наблюдения Пенфилда, и подчеркнул сложность воспоминаний, прежде чем сделать несколько неубедительный вывод: «Я не понимаю, как небольшое число клеток в центральной нервной системе может выступать в роли посредника или даже самостоятельно передавать что-то столь сложное» [6].

Нравилось это Лешли или нет, и независимо от количества клеток в области, которую стимулировал у пациентов Пенфилд (по крайней мере, она содержит миллионы клеток), факт оставался фактом. Где-то глубоко в мозге связанные с определенными частями височной доли воспоминания могут быть вызваны электрической стимуляцией очень конкретной зоны мозга[212].

Воспоминания могут быть вызваны электрической стимуляцией конкретной зоны мозга.

Как отмечал сам Пенфилд, то, что он называл «вызванными воспоминаниями», сильно отличалось от обычных и содержало гораздо больше деталей. Повседневные воспоминания не включают в себя повторение посекундного описания события – они обычно довольно расплывчаты и построены мозгом так, что содержат ложные элементы или компоненты, которые угадываются из контекста. Казалось вероятным, что переживания, которые вызывал Пенфилд, не просто включали активацию энграмм, но также вводили некие элементы, связанные с различными аспектами работы мозга, производя жуткое состояние, похожее на сон, о котором сообщали пациенты. Одно было ясно: в воспоминаниях, порождаемых электрической стимуляцией, не было ничего особенного. Как объяснил Пенфилд: «События, которые вспоминаются, часто неважны и неинтересны» [7].

Результат вскоре был воспроизведен, и более поздние исследования подтвердили точность экспериментальной работы Пенфилда [8]. Степень локализации функции, обнаруженная Пенфилдом, была экстраординарной, но ее истинная природа была не столь ясна. В 1951 году Пенфилд описал область, которую стимулировал, как «кору памяти», предположив, что это ее вместилище, но к 1958 году признал, что воспоминания на самом деле не хранятся в том месте, которое он стимулировал. Вместо этого стимулируемый участок мозга, казалось, был способен вызвать активность отдаленной области или областей, где на самом деле находилась память [9]. Идея локализации снова начала терять четкие очертания.

Мозг содержит точную функциональную карту тела.

Спор о том, является ли функция локализованной или распределена по всему мозгу, относится не только к памяти. В 1937 году Пенфилд опубликовал несколько более понятных результатов стимуляции пациентов, перенесших операцию на головном мозге, которые были похожи на результаты Фрича, Гитцига и Ферриера, но проводились на людях, пребывавших в сознании [10]. Иногда пациенты сообщали об очень специфических ощущениях, когда стимулировались определенные части мозга: покалывание в пальцах, странный вкус на языке, ощущение тепла по одной стороне тела. В других случаях у испытуемого дрожали веки, дергались ноги, а некоторые пациенты даже хрюкали. Чтобы подытожить свои наблюдения, Пенфилд попросил медицинского иллюстратора Гортензию Кантли сделать рисунок [11]. В результате у художницы рождались гротескные изображения человеческого тела, демонстрировавшие различные его части и их представление в мозге пациентов. Этот образ, который Пенфилд назвал гомункулусом, подсказывал, как мозг соотносится с телом. Как и следовало ожидать исходя из обыденного опыта, язык, руки и лицо были особенно хорошо представлены. Другие наиболее чувствительные части тела, такие как гениталии или прямая кишка, показаны не были.

В 1950 году Пенфилд располагал более сложным рисунком, показывающим сенсорные (слева) и моторные (справа) области мозга, изображенные в поперечном сечении [12]. Иллюстрация свидетельствовала, что проекции тела в сенсорной и моторной коре отличаются. Возьмем банальный пример: зубы и десны хорошо представлены в сенсорной коре, но едва ли в моторной. Интереснее, что рука доминирует в моторной коре, в то время как нижняя часть лица наиболее значима в сенсорной. В конечном счете это неравномерное «распределение» частей тела по всему мозгу является следствием эволюции и воздействия среды обитания – другие приматы демонстрируют иные паттерны.

Несмотря на длительное влияние, эти рисунки были обманчивы, поскольку подразумевали, что существует строгая взаимно однозначная и постоянная для всех индивидуумов корреляция между конкретным участком мозга и определенной частью тела [13]. На самом деле гомункул Пенфилда представлял собой среднее значение, выведенное из данных всех пациентов.

В действительности у любого человека может быть специфическое соотношение между областью мозга и частью тела, отличающееся от рисунка. Тем не менее работа Пенфилда показала, что мозг содержит как точную функциональную карту тела, так и чрезвычайно подробную систему хранения и может извлекать очень конкретные события. Большинство ученых того времени считали функции более локализованными.

Гомункулус Пенфилда: представление человеческого тела в моторной (справа) и сенсорной (слева) коре

* * *

Данные открытия, подрывавшие антилокализационистские взгляды Лешли, перекликались с идеями одного из его учеников, канадского психолога Дональда Хебба. В 1949 году Хебб опубликовал книгу «Организация поведения», в которой были изложены ключевые элементы того, что послужило современной биологической основой для понимания функций мозга [14]. Отправная точка Хебба была исключительно материалистической: разум рассматривался им как продукт мозговой деятельности. Хебб, признавая эту мысль всего лишь «рабочим предположением», дистанцировался как от ученых, придерживавшихся позиции дуализма и рассматривавших разум и мозг в качестве отдельных структур, сделанных из разных «материалов»; так и от тех, кто утверждал, что природа разума непознаваема. Ответ Хебба на такой пессимизм был убедительным: «Наша неспособность решить проблему не делает ее неразрешимой. Логически невозможно быть детерминистом в физике, химии и биологии и мистиком в психологии» [15].

В книге Хебба исследовались все аспекты изучения человеческого мозга, которые с тех пор доминировали в исследованиях, включая обучение, восприятие и психические заболевания. Одним из ключевых прозрений стала концепция обучения на клеточном уровне. Выступая против своего бывшего учителя, Карла Лешли, Хебб настаивал на том, что «память должна быть структурной» [16]. По его мнению, ее структура должна включать два уровня – сложный «трехмерный решетчатый ансамбль нейронов» (менее поэтично – сеть) и способ соединения этих клеток. Хебб описал свой нейрофизиологический постулат обучения так: «Когда аксон клетки А находится достаточно близко, чтобы возбудить клетку В, и неоднократно или настойчиво принимает участие в ее возбуждении, в одной или обеих клетках происходит некоторый процесс роста или метаболические изменения, так что эффективность А, как одной из клеток, возбуждающих В, увеличивается».

Хебб говорил, что синапсы могут развиваться и становиться сильнее, когда нейроны активируются вместе (это часто обобщается меткой фразой cells that fire together wire together[213]). Согласно Хеббу, тонкая структура нервной системы – сеть связей между клетками – формируется через опыт. Эта концепция была, как признал ученый, старой – фундаментальная идея восходит, по крайней мере, к ассоцианистам XVIII века, таким как Дэвид Гартли. Но Хебб переработал ее в свете современной нейроанатомии и нейрофизиологии, придав гораздо более точную форму.

Он утверждал, что из-за сложности многих клеточных ансамблей «в каждом синапсе должен быть значительный разброс во времени поступления импульсов, а в каждом отдельном волокне – постоянное изменение чувствительности». Это означало, что один и тот же ансамбль нейронов может функционировать по-разному в зависимости от обстоятельств и что паттерны активации, соответствующие разным стимулам или воспоминаниям, формируются не только в пространстве, но и во времени. Решетчатое скопление клеток, составлявшее версию энграммы Хебба, было четырехмерным.

Ученый Хебб отверг широко распространенное мнение, что поведение, которому научили, и инстинктивное поведение фундаментально различаются.

Ученый также подчеркнул, что реальные нейронные ансамбли проявляют спонтанную активность в отсутствие какого-либо стимула, из-за чего мозг должен постоянно отличать сигнал от фонового шума. Для этого, по его словам, они организованы со сложными, нелинейными и условными связями, которые позволяют нервной системе выполнять необходимые вычисления. Это был менее абстрактный взгляд на то, что делают нейроны, чем предполагали Мак-Каллок и Питтс, – и было больше похоже на инженерное дело, чем на логику.

Наконец, несмотря на то что он сосредоточился в своих исследованиях на обучении, Хебб отверг широко распространенное мнение, что наученное и инстинктивное поведение фундаментально различаются. Он утверждал: «В конечном счете цель должна состоять в том, чтобы выяснить, как одни и те же фундаментальные нейронные принципы определяют все поведение». Для некоторых исследователей это все еще является целью; другие считают это несбыточной мечтой, потому что таких принципов не существует.

* * *

Через десять лет после публикации книги Хебба драматические события пролили свет на то, как фундаментальные процессы в мозге, связанные с памятью, могут быть соотнесены с определенными структурами. Это произошло благодаря совершенно случайному и трагическому происшествию с человеком, который был известен научному сообществу просто по инициалам «Г. М.». В 2008 году он умер, личность мужчны была раскрыта, и теперь выянилась его полная история. Его звали Генри Молисон, и он был самым знаменитым пациентом в истории науки о мозге.

В 1935 году девятилетнего Генри сбил велосипед. Вскоре, возможно, в результате несчастного случая, у него начались тяжелые эпилептические припадки. К тому времени, когда он стал молодым человеком, состояние Генри настолько обострилось, что ему пришлось бросить работу на машиностроительном заводе. Лекарства не помогали, и казалось, что операция была единственным вариантом. В руках такого кропотливого человека, как Пенфилд, психохирургия могла бы иметь некоторый успех в облегчении эпилепсии после очень точного удаления ограниченного участка мозга. Но многие хирурги использовали более грубые методы, и в случаях тяжелых психических заболеваний, таких как шизофрения, часто удаляли целые доли мозга (название «лоботомия» происходит от греч. Λοβός – доля и греч. τομή – разрез).

Американский хирург Уильям Сковилл был ярым сторонником психохирургии – к началу 1950-х годов он провел около 300 лоботомий пациентам с тяжелой шизофренией. Несмотря на отсутствие опыта в лечении эпилепсии, 1 сентября 1953 года Сковилл прооперировал двадцатисемилетнего Генри Молисона. Хирург использовал ту же процедуру, что и на пациентах, страдающих от шизофрении. Кроме того, в медицине не встречалось прецедента столь радикального вмешательства при эпилепсии – это был, как он позже признал, «откровенный эксперимент» [18]. Сковилл прооперировал обе височные доли Генри, создав отверстия в черепе над глазами, каждое шириной около 2,5 см, а затем удалил 8 см ткани, уходящей в глубь каждого полушария мозга, включая большую часть гиппокампа, миндалевидного тела и энторинальной коры[214] с каждой стороны. Операция была признана успешной, и Г. М. начал выздоравливать.

Вот только Генри так и не оправился. На самом деле, насколько можно было судить, он навсегда застрял в том дне в 1953 году. Теперь у бедного Генри был глубокий дефицит памяти, хотя другие умственные способности затронуты не были. Он мог вспомнить свое детство и многие события в период до операции, но до конца жизни не мог формировать новых воспоминаний. До самой смерти в 2008 году Генри жил в постоянном настоящем, не в силах вспомнить то, что произошло часом ранее. Даже ужасные последствия операции приходилось объяснять ему снова и снова. Каждое мгновение, говорил пациент, было «как пробуждение ото сна», и каждый день он был «одинок, какие бы радости и печали ни испытывал» [19].

Значение ужасного происшествия, случившегося с Генри, было открыто после того, как Уайлдер Пенфилд встретился со Сковиллом на конференции в 1954 году и узнал об операциях последнего на височной доле. Пенфилд и его коллега, молодой психолог Бренда Милнер [20], уже отмечали связь между повреждением гиппокампа и проблемами с формированием воспоминаний, поэтому решили изучить пациентов Сковилла.

Милнер проверила около дюжины пациентов и заметила, что у трех человек, получивших наиболее обширные повреждения, наблюдалось аналогичное полное отсутствие способности формировать эпизодическую память – способности создавать воспоминания об автобиографических событиях. Как и Генри Молисон, пациенты Д. К. и M. Б. были прооперированы для облегчения тяжелых психотических симптомов. У обоих не было никаких воспоминаний после операции, и оба не смогли справиться с тестами на формирование памяти [21].

Что касается операции и разрушения мозга, припадки Генри стали чуть менее изнурительными, и дозы лекарств можно было уменьшить, в то время как Д. К. и M. Б. стали менее жестокими, но их глубинные проблемы никуда не делись. Как позже сухо заметил нейробиолог Гордон Шеперд: «Едва ли это можно назвать выдающимся достижением» [22].

Это может показаться жестоким, но то, что обернулось катастрофой для Генри Молисона, стало прорывом для науки. В течение следующих пятидесяти лет Генри с радостью участвовал в уникальном долгосрочном исследовании функций мозга.

Он, конечно, ничего не помнил, и ему приходилось все объяснять заново каждый раз, когда он проходил тесты. Между Генри и экспериментальной группой сложились односторонние отношения, потому что, хотя они хорошо знали пациента – после его смерти Милнер сказала, что чувствовала себя так, словно потеряла друга, – сам он никогда не помнил, что встречался с ними раньше [23].

Бесконечные тесты и разговоры – всегда в удовольствие проходящие для Генри, для которого все было словно впервые, – показали, что его неспособность формировать воспоминания не была абсолютной. Иногда пациент говорил о событиях или людях, которые стали известными после операции 1953 года (космонавты, The Beatles, президент Кеннеди), но эти воспоминания имели мимолетный характер и не могли быть надежными. Точно так же при некоторых тестах наблюдались улучшения, если его неоднократно проверяли в течение нескольких дней, хотя он не мог вспомнить, чтобы когда-либо проходил этот тест раньше. Однако все это были исключения. По сути, Генри застрял в настоящем времени.

Первый доклад Бренды Милнер о поведении Г. М., написанный в соавторстве со Сковиллом, стал классикой в науке о мозге [25].

В последующие десятилетия было проведено множество исследований Г. М., начиная от психологических (многие из которых организовала ученица Милнер, Сюзанна Коркин, изучавшая Генри на протяжении всей своей карьеры), вплоть до посмертного анализа и трехмерной реконструкции его мозга [26]. Все они показали, что разрушение гиппокампа Генри было причиной дисфункции эпизодической памяти. Это не означает, что воспоминания хранятся в гиппокампе, а скорее, что данная структура необходима мозгу для их создания. Трагедия Г. М. не раскрыла местонахождение энграммы, но показала локализацию функции, имеющую решающее значение для формирования памяти.

Гиппокамп необхоим мозгу для создания воспоминаний.

По словам Милнер, Сковилл не чувствовал никакой вины за то, что случилось с Генри, и она не думала, что хирург должен ее ощущать. Операция была последним средством… «Г. М. пребывал в таком отчаянии. Он по-настоящему страдал», – сказала она. Однако Милнер помнила, что Сковилл был глубоко потрясен схожим ущербом, нанесенным пациенту Д. К., который, в отличие от фабричного рабочего Генри, был его коллегой-врачом [27][215].

* * *

В марте 1947 года психолог Эдвард Толмен прочитал в Калифорнийском университете веселую, далеко идущую и самоуничижительную лекцию, в которой описал свою работу по обучению животных. Он сосредоточился на экспериментах по исследованию обучающих лабиринтов для крыс и, размышляя над тем, что происходит в мозгу животного, придумал красивую метафору:

«Мы утверждаем, что сам центральный офис более походит на диспетчерскую, нежели на старомодную телефонную станцию. Стимулы, которые туда поступают, не связаны просто переключателями один к одному с исходящими ответами. Скорее поступающие импульсы обычно обрабатываются и уточняются в центральной „диспетчерской” в форме примерной когнитивной карты окружающей среды. И именно эта „черновая” карта, указывающая маршруты, пути и отношения в окружающем мире, в конечном счете определяет, к каким реакциям, если таковые вообще будут, животное в итоге придет» [28].

Например, если крысе позволить несколько раз исследовать пустой лабиринт, а в конце вручить награду, она в следующий раз сможет найти путь через лабиринт гораздо быстрее, чем грызун, который награду не получил. Крыса, очевидно, обращала внимание на окружающую среду и запоминала лабиринт, хотя в этот раз никакой награды не было. Точно так же, если крысу ударят током в определенном месте в клетке, она впоследствии будет избегать этот участок.

Толмен объяснил, что у крысы в мозгу есть нейронная карта. Неким образом там содержатся ее представления о внешнем мире.

Первое доказательство возможной правоты Толмена появилось в конце 1960-х годов, когда Джон О’Киф[216], нейрофизиолог из Университетского колледжа Лондона изучал активность клеток в таламусе двигающейся крысы. Одна из этих клеток дала очень сильный ответ, когда животное шевелило головой, – ОʼКиф впервые видел что-то подобное и был заинтригован. После того как эксперимент завершился, ученый убил крысу и вскрыл ее мозг, чтобы точно увидеть, где находится клетка, сигнал от которой он получил. К своему великому удивлению, он обнаружил, что по ошибке вставил электрод в гиппокамп крысы. Эта ошибка изменила жизнь О’Кифа и ход развития науки о мозге [29].

В 1971 году ОʼКиф вместе со своим учеником Джонатаном Достровским сообщил данные о восьми нейронах гиппокампа, каждый из которых активировался, когда крыса находилась в определенных местах своей клетки. Но значение имело не только местоположение: самый сильный отклик исходил от клетки, которая срабатывала, когда крыса находилась в определенном месте, при этом ее удерживал экспериментатор и был включен свет. Если какой-либо из перечисленных факторов отсутствовал, нейрон прекращал реагировать, что указывало на необходимость очень специфического набора стимулов. ОʼКиф и Достровский писали:

«Полученные нами данные свидетельствуют о том, что гиппокамп предоставляет остальному мозгу пространственную „справочную” карту. Активность клеток на этой карте определяет направление, в котором крыса будет двигаться относительно знаков на конкретной местности, и возникновение определенных тактильных, визуальных и прочих стимулов, встречающихся в этом направлении».

ОʼКиф и Достровский пошли дальше, предположив, исходя из своей гипотезы, что животное способно предусмотреть, что произойдет, если оно пошевелится:

«Внутренняя схема гиппокампа на имевшейся модели была бы такова, что активация клеток, определяющих конкретное местоположение вместе с сигналом, указывающим на движение или намерение двигаться в пространстве… будет в свою очередь задействовать клетки, определяющие соседние или последующие положения в пространстве. Таким образом, карта будет „предвосхищать” сенсорные стимулы, проистекающие из конкретного движения» [30].

Если животное лишали нейронной пространственной карты, удалив гиппокамп, «оно не могло научиться перемещаться от точки А к точке В, вне зависимости от конкретного маршрута».

Исследования ОʼКифа продемонстрировали, что, помимо способности кодировать эпизодические воспоминания, гиппокамп содержит буквальную карту внешней среды – представление в мозге изоморфно окружающему миру, если использовать научный термин. Данная карта, состоящая из нейронов места, также содержит информацию о том, как добраться из одной точки в другую, что позволяет животному ориентироваться в мире и предсказывать, что оно найдет в разных местах. Как верно догадался Толмен, это когнитивная карта, включающая в себя множество сенсорных модальностей, основанная на ассоциациях и предсказаниях, а не простая линейная проекция внешнего мира. У видов, живущих в различных средах обитания, карты гиппокампа имеют специфические формы. Например, она представлена в 2D у крыс, но в 3D у летучих мышей. Подобные карты описывают положение животного в среде, но они всегда когнитивные, а не только пространственные [31].

Как информация о местоположении попадает в клетки гиппокампа, стало ясно отчасти благодаря работе супругов Мей-Бритт и Эдварда Мозера, обнаруживших в энторинальной коре, прилегающей к гиппокампу, клетки, которые срабатывали, если животное находилось в нескольких местах. Активность этих клеток привела к формированию решетчатой сети, которая формировала исходные данные, используемые нейронами места в гиппокампе. Можно предсказать активность нейрона места по активности клеток этой сети [32]. Другие клетки, находящиеся в этой части коры, записывают направление головы животного, скорость его движений и наличие границ в окружающей среде, таким образом, тоже привнося свой вклад в создание когнитивной карты в гиппокампе.

Если животному удаляли гиппокамп, то оно не могло научиться перемещаться от точки А к точке В.

За работу, которая привела к этим открытиям и в которой в итоге приняли участие сотни исследователей по всему миру, в 2014 году О’Киф и Мозеры получили Нобелевскую премию [33]. Хотя все исследование была проведено на мелких млекопитающих, говорят, что существует реальная связь и с поведением человека. Мы также, судя по всему, используем гиппокамп для навигации в окружающей среде. Одно известное исследование показало, что у лондонских таксистов, которые обязаны выучить маршруты по английской столице наизусть, гиппокамп увеличивается в размере и что данный эффект возрастает со временем [34]. Чем был обусловлено это явление – ростом количества нейронов или просто увеличением объема гиппокампа – непонятно, потому что методика, используемая для измерения размеров этой области, была слишком неточной. Хотя та же исследовательская группа провела ряд испытаний, посвященных лондонским таксистам, их результаты до сих пор не были воспроизведены.

Несмотря на подобные прорывы, свидетельствующие о том, что гиппокамп содержит карту среды обитания животного, как намекали ОʼКиф и Достровский в своем первоначальном докладе, мозг создает нечто гораздо более богатое, чем незамысловатую пространственную карту, а нейроны места не просто обеспечивают своего рода биологический GPS. Когнитивная информация о вознаграждении, запахе, осязании, зрении и времени интегрируется в их деятельность [35]. Нейроны места у крыс и летучих мышей также участвуют в обработке социальной информации, в частности о расположении других особей [36]. После того, как крысы исследовали новое место, клетки гиппокампа, соответствующие когнитивной карте местоположения, активируются во время сна, поскольку мозг крысы обрабатывает эти воспоминания (возможно, крыса видит сны о месте и ситуации) [37]. Если неисследованное место – например, заблокированная ветвь лабиринта – ассоциируется с вознаграждением, то нейроны места в мозге крысы, соответствующие данной локации, активируются, как если бы животное предвосхищало его посещение. Некоторые ученые теперь предполагают, что именно прогностическая функция является истинной ролью нейронов места [38]. Человеческий мозг также воспроизводит события, связанные с внепространственным обучением, когда субъект находится в состоянии покоя, причем гиппокамп выступает центром этой деятельности, вероятно, позволяя получать новые знания из предшествующего опыта [39]. Такие интригующие результаты говорят о том, что гиппокамп интегрирует информацию различных видов с разными целями, включая принятие решений и обобщение. В то же время другие области мозга участвуют в создании и воспроизведении определенных воспоминаний, то есть тут мы сталкиваемся с локализацией и рассредоточением функций одновременно.

В 2016 году эта непроясненная ситуация привела к тому, что ныне покойный Говард Эйхенбаум, ведущий исследователь гиппокампа, заявил об испытаниях, подтвердивших идеи Лешли [40]. Немногие ученые сформулировали бы это столь убедительно, но доказательства, приведенные Эйхенбаумом, подчеркивали тот факт, что воспоминания, обрабатываемые гиппокампом, затрагивают отдаленные области мозга. Гиппокамп не является хранилищем энграммы, он – кодирующее устройство и сетевой «шлюз». Память локализована, но мы еще не определили точно, где она сосредоточена. В то же время есть и факт рассредоточения информации по мозгу, и мы не вполне понимаем, как кодирование и воспроизведение воспоминаний происходят в гиппокампе и связанных с ним областях [41].

Недавно было проведено немецкое исследование, в рамках которого испытуемые решали пространственную задачу. Новый метод визуализации мозговой активности способен выявлять микроструктурные изменения в тканях во время обучения, но результаты эксперимента показали, что гиппокамп не играет такой жизненно важной роли, как ожидалось [42]. Ключевые изменения, связанные с пространственным обучением, происходили в задней части теменной коры, а не в гиппокампе. Эти изменения появились быстро, продолжались более двенадцати часов и, по-видимому, имели отношение к функциональной активности мозга, связанной с памятью. Все это подтверждает предположение о том, что гиппокамп не содержит энграммы и что в создании воспоминаний участвуют различные области мозга.

Ученые еще не знают точно, где находится память.

Подобные идеи всплывали всякий раз, когда ученые находили доказательства как распределения, так и локализации изменений, связанных с обучением. Эти две позиции могут быть не столь противоречивы. В 1986 году Тимоти Тейлер и Паскаль Дискенна предположили, что анатомические связи между гиппокампом и различными областями мозга указывают на то, что гиппокамп генерирует эпизодические воспоминания, помечая их различными признаками, связанными с событиями [43]. Поиск одного из этих индексов активировал бы энграмму. Данные наблюдения контрастировали с жесткой версией теории когнитивных карт, согласно которой только место дает ключ к разблокировке памяти. Несмотря на открытие нейронов места, экспериментальные данные, позволяющие провести различие между двумя концепциями, отсутствовали. Возможно, потому, что в глазах многих людей они не были строго противопоставлены. Теперь мы знаем, что нейроны гиппокампа могут поддерживать функцию энграммы и в зависимости от опыта вступать в новые связи с другими клетками. Пространственное кодирование можно отделить от энграммы, предполагая, что более правильно говорить о широкой индексной функции энграммы гиппокампа [44].

Сложность гиппокампа можно усмотреть в интригующей связи между когнитивными картами, которые он содержит, и его ролью в формировании эпизодических воспоминаний. Древнегреческий метод запоминания большого количества информации заключался в том, чтобы представить, как мы помещаем запоминаемую вещь в определенную комнату во «дворце памяти». Возможно, именно это мы и делаем постоянно с помощью гиппокампа, когда изучаем и запоминаем нечто новое. Обонятельная информация также может быть закодирована гиппокампом, через энторинальную кору[217]. Здесь может скрываться объясние, как запахи способны не просто вызвать воспоминание о событии, а буквально переносить человека в то место, где оно произошло. Данное явление похоже на то, что испытывали пациенты Пенфилда во время электрической стимуляции [45]. Из-за повреждения гиппокампа Генри Молисон не мог точно сравнить два запаха или определить обычную пищу, используя обоняние. Также ему было трудно читать карту [46]. У людей обонятельное восприятие и пространственная память тесно переплетены, это явление основано на деятельности гиппокампа и лобных долей [47].

Из-за повреждения гиппокампа Генри Молисон не мог точно сравнить два запаха или определить пищу, используя обоняние.

Несмотря на очевидную степень локализации, выявленную упомянутыми исследованиями, они мало что рассказали о том, как мозг работает на клеточном уровне и уровне цепочек нейронов, а также о том, какие вычисления могут выполняться нейронными сетями. Ученым пришлось довольствоваться распределением общих функций по различным областям, содержащим миллионы клеток, созданием функциональных карт, в которых идентичность компонентов основана прежде всего на детальной анатомии, а не на выявленной функции отдельных клеток или даже активности их больших скоплений [48]. Проведенные исследования так и не объяснили, как именно работает память.

* * *

В 1957 году молодой ученый из Национального института психического здоровья (NIMH) в Бетесде, недалеко от Вашингтона, натолкнулся на статью Милнера и Сковилла, описывающую влияние операций Сковилла на Г. М. и других несчастных пациентов. Как молодой человек позже вспоминал, он был настолько впечатлен ей, что в одно мгновение «вопрос о том, как в мозге хранятся воспоминания, стал для меня ближайшим значимым научным вопросом» [49]. Его звали Эрик Кандель, и ему не было еще и двадцати восьми лет. Начитанный интеллектуал, он получил степень по истории и литературе в Гарварде, прежде чем обратиться к медицине, и всю жизнь интересовался психоанализом. Кандел помог создать современное понимание того, как изменяется активность нейронов во время обучения. Работа исследователя была отмечена Нобелевской премией в 2000 году[218].

Изучив электрофизиологическую активность нейронов в гиппокампе кошки, Кандель вскоре понял: чтобы добраться до сути интересующих его клеточных изменений, потребуется гораздо более простая система, чем мозг позвоночных. Он нашел решение и подсказку в работе двух исследователей из группы Эдриана в Кембридже – Алана Ходжкина и Эндрю Хаксли. В 1952 году они раскрыли физиологию потенциала действия – как нейрон посылает свое сообщение – и, наконец, представили решающее доказательство теории, которая развила и расширила идеи Бернштейна начала века. Работа Ходжкина и Хаксли была прервана войной. Но как только военные действия закончились, они смогли показать, что потенциал действия (электрический импульс) осуществляется через кратковременные изменения проницаемости мембраны нейрона, которая, в свою очередь, влияет на концентрацию ионов натрия и калия, что приводит к волне деполяризации[219], быстро проходящей по клетке [50]. Ученые также выдвинули верное предположение, что крошечные поры внутри мембраны – ионные каналы – позволяют увеличивать мембранный потенциал для ионов натрия. В 1963 году Ходжкин и Хаксли получили Нобелевскую премию за свою работу, разделив награду с Экклсом.

Для Канделя то, как Ходжкин и Хаксли сделали свое открытие, было столь же важно, как и его суть. Их работа проводилась не в подвальной лаборатории Эдриана в Кембридже, а в лаборатории морской биологии в далеком Плимуте – Ходжкин и Хаксли изучали реакции гигантских аксонов кальмара и каракатицы. Эта система, которую впервые начал изучать Дж. З. Янг в 1930-х годах, состояла из гигантских нейронов, которые можно было подробно изучить.

Урок, давно известный физиологам, состоял в том, что, чтобы разобраться в фундаментальных процессах, следует выбрать простую систему, которая даст четкие ответы.

Имея в виду данный принцип, в 1959 году, после шести месяцев напряженных размышлений, Кандель решил исследовать клеточную основу обучения и памяти, изучая крупного морского моллюска без раковины из рода морских зайцев, аплизию, который обитал у калифорнийского побережья. У этого животного, которое вырастает до более чем 30 см в длину, большие нейроны, которые видно невооруженным глазом, очень простой мозг – всего 20 000 нейронов, сгруппированных в девять кластеров, – и простой набор поведенческих рефлексов. В то время только горстка людей в мире изучала аплизий, и, до того момента, как Кандель сделал свой решающий выбор, он прежде никогда не исследовал улиток и не записывал данные с ее нейронов; он даже не был уверен, что эти животные могут учиться [51]. Цель ученого, которую он сам изложил в первой заявке на грант и полностью реализовал в последующие десятилетия, состояла в том, чтобы «изучить клеточные механизмы электрофизиологического состояния и синаптического использования в простой нервной сети». Это означало, что Кандель собирался выяснить, как изменяется активность нервной системы аплизии, в частности синапсов, в результате процесса обучения.

Кандель сосредоточился на легко измеримом поведении – рефлексе отдергивания жабр улитки[220]. Легкое прикосновение к частям тела животного заставляло его втягивать жабры в основной защитной реакции. Группа Канделя показала, что данный рефлекс может демонстрировать очень простые формы обучения и кратковременной памяти – привыкание (снижение реакции при повторной стимуляции) и сенсибилизацию (усиление реакции, если легкое прикосновение было связано с кратковременным электрическим разрядом). И в итоге они показали, что улитка способна учиться классическим установкам, очень похожим на те, что использовались в экспериментах Павлова с собаками.

На протяжении многих лет Кандель и его коллеги выявляли нейронные цепи, участвующие в этом поведении, и доказали, что нейрофизиологический постулат Хебба был верен. Обучение действительно включает в себя изменение силы синапсов в небольших цепочках нейронов. В кратковременной памяти это изменение включает усиленное высвобождение нейромедиаторов. В долговременной памяти, которая индуцируется повторной ассоциацией стимулов, это усиленное высвобождение нейромедиаторов сопровождалось развитием новых синаптических связей между нейронами. Энграмма, как и предсказывал Хебб, в конечном счете была не чем иным, как изменением синаптической активности.

В начале 1980-х годов группа Канделя присоединилась к молекулярной революции, которая трансформировала биологию, позволив описать сложные молекулярные каскады внутри клеток и выявить гены, продуцирующие компоненты этих систем. В конце концов группа Канделя, наряду со многими другими, смогла обнаружить молекулы внутри нейрона, которые участвуют в создании памяти – циклический аденозинмонофосфат (АМФ), различные ферменты и белок под названием CREB, который эффективно включает и выключает ген циклического АМФ, позволяя организму решать, хочет ли он запомнить то, что узнал. Молекулы циклического АМФ, обычно называемые вторичными мессенджерами (посредниками), потому что доставляют сообщение, первоначально переданное нейромедиатором или гормоном, взаимодействуют в субмикроскопическом «танце», который быстро развивается внутри клетки по мере обучения, приводя к росту нейрона и созданию новых синапсов. Вскоре выяснился еще один замечательный факт: эта модель обучения применима ко всем животным. Например, мутация гена dunce у мухи дрозофилы (которая положила начало моей карьере, когда я прочитал о ней в 1976 году) оказалась кодом для фермента, который разрушает циклический АМФ[221]. Та же самая биохимическая система используется в вашей голове прямо сейчас. Не все вопросы биохимической основы памяти решены. Помимо нейромедиаторов, в синтезе и консолидации[222] (в синапсе человека можно найти более 5500 различных белков) участвуют и другие молекулы, но теперь мы в общих чертах понимаем, как создаются воспоминания [52].

* * *

Затянувшийся прогресс изучения памяти всколыхнуло короткое, но знаменательное явление. В 1960-х и 1970-х годах ряд исследований показал, что приобретенное поведение может передаваться от одного животного к другому путем инъекции экстракта мозга, или РНК, или белка. Шведский биохимик Хольгер Хюден предположил, что во время обучения вырабатываются специфические формы РНК, которые затем могут быть переданы. Его гипотеза была подтверждена большим количеством испытаний, показывающих, что обучению могут препятствовать молекулы, блокирующие синтез белка или влияющие на РНК. Это, по-видимому, работало на ряде животных – от крыс до золотых рыбок – и включало в себя исследования планарий, плоских червей, которые способны вырастить новый мозг, если отрезать им голову. В 1959 году Джеймс Макконнелл из Мичиганского университета сообщил, что планарии, у которых регенерировал элементарный мозг, обнаруживали способность к научению. Они избегали света, если получали электрический разряд в совокупности со световым стимулом перед удалением головы. Более поздние исследования показали, что необученные плоские черви могли даже приобрести это поведение, поедая кусочки обученных планарий [53]. Эффект у крыс был менее гротескным, но соответствовал ранним результатам. Инъекция мозгового материала от крыс, обученных избегать света, приводила к очевидному переносу обучения, тем самым подтверждая идею, что в этом процессе участвовало некое биохимическое вещество [54].

В 1960-х и 1970-х годах ряд исследований показал, что приобретенное поведение может передаваться от одного животного к другому путем инъекции экстракта мозга, или РНК, или белка.

В средствах массовой информации активно растиражировали идею, что энграмма, вероятно, состоит из одной молекулы, которая может быть передана от человека к человеку. Возможно, это даже приведет к созданию таблеток, которые позволят людям учиться путем проглатывания пилюли. Вскоре, однако, стало ясно, что и поведение, и биохимия, участвующие в передаче знаний, менее определенны, чем казалось сначала. Многие из подобных исследований поведения были основаны на очень скромных выборках или использовали довольно субъективные методы для определения того, научилось ли животное. Затем, в 1966 году, в журнале Science появилась короткая статья, подписанная двадцатью тремя исследователями из восьми различных лабораторий, в которой говорилось, что они не смогли воспроизвести передачу обучения с помощью молекулы РНК [55]. Объяснение природы энграммы с помощью нуклеиновых кислот умерло в зачатке.

Французский фармаколог из Медицинского колледжа Бейлора в Хьюстоне Жорж Унгар предложил интерпретацию, которая одновременно подтвердила как гипотезу о передаче обучения, так и противоположную позицию тех, кто не соглашался, что РНК участвует в этом процессе. Он утверждал, что, возможно, экстракты РНК содержат небольшие молекулы белка, называемые пептидами, которые на самом деле отвечают за данный эффект. В конце 1960-х и начале 1970-х годов Унгар исследовал вещество, участвующее в передаче памяти, и в итоге обнаружил его в мозговых экстрактах более 4000 обученных крыс. Он дал ему название «скотофобин» (по-гречески «скотос» означает «темный»), а ученые из Иллинойсского и Мичиганского университетов доказали, что синтетический скотофобин приводит к избеганию темноты у необученных мышей, подкрепив достоверность открытия Унгара [56]. Между 1968 и 1971 годами в прессе было опубликовано по меньшей мере пятнадцать крупных статей о работе Унгара, в том числе в Time, The New York Times и The Washington Post.

Однако скоро все разуверились в скотофобине. В июле 1972 года Унгар представил статью в журнале Nature, где утверждал, что скотофобин приводит к избеганию темноты, и предположил, что в нервной системе может быть много таких поведенчески активных молекул [57]. Статья была представлена в журнал почти полутора годами ранее; причина столь длительной задержки между написанием и публикацией заключалась в том, что один из ученых, участвовавших в рецензировании статьи, Уолтер Стюарт, точно понимал, что все это бессмысленно. В высшей степени необычным образом в Nature в конце концов решили опубликовать статью Унгара, но сопроводить ее длинной заметкой Стюарта, с подробными критическими замечаниями взглядов ученого, в том числе в отношении синтетической версии молекулы. Стюарт утверждал, что, несмотря на семнадцать научных статей, опубликованных группой Унгара, вместе составляющих более ста страниц, исследователи не предоставили необходимых экспериментальных данных, позволяющих воспроизвести их работу и проверить результаты. Стюарт заключил, что «выводы авторов скорее ложны, чем истинны» [58].

Ни энграммы, ни страх перед светом не могут быть перенесены из мозга одного животного в мозг другого с помощью инъекции.

Несмотря на краткий ответ Унгара в том же номере Nature, критика Стюарта произвела сокрушительный эффект. Улучшенные поведенческие показатели и усовершенствованные методы биохимии вскоре выявили, что перенос обучения или памяти невозможен и что если скотофобин и существует, то это, вероятно, полипептид, вырабатываемый у подопытных животных в результате стресса от электрического разряда и не имеющий никакого отношения к обучению [59]. Финансирование экспериментов по переносу обучения сошло на нет практически сразу, поскольку то, что в течение многих лет будоражило научное и общественное сознание, оказалось иллюзией [60]. Скотофобин стал эдакой нейробиологической «версией» N-лучей, формы излучения, ненадолго затмившей разум физиков начала XX века[223] [61]. Точное происхождение широко распространенных поведенческих эффектов, о которых сообщалось, остается неясным, но ни энграммы, ни страх перед светом не могут быть перенесены из мозга одного животного в мозг другого с помощью инъекции. Тем не менее недавние исследования подтверждают, что воспоминания действительно могут вновь появиться в регенерировавшем мозгу планарии. Следовательно, не все научные находки того времеми были полной бессмыслицей.

* * *

Пока работа над беспозвоночными вроде аплизий и мух дрозофил помогала раскрывать биохимические основы обучения, исследователи позвоночных разработали способ косвенного изучения того, как во время формирования воспоминаний развиваются синапсы. В 1973 году два исследователя из Осло, Тимоти Блисс и Терье Лёмо, сообщили, что могут изменить структуру нейронных путей в гиппокампе кролика, стимулируя их очень быстрой серией электрических импульсов [63]. То, что они назвали долговременной потенциацией, порождаемой стимуляцией нейронного пути (и эффективно имитирующей сильный стимул, испытываемый в реальной жизни), создавало изменения в синапсах, которые можно было наблюдать в течение нескольких часов.

Лёмо впервые обнаружил данный эффект в 1966 году и впоследствии работал над этим вопросом с Блиссом в 1968–1969 годах, но проблемы воспроизводимости вызывали сомнения в том, что они обнаружили [64]. В конце концов, несмотря на отсутствие решения проблемы, ученые собрались опубликовать работу. Хотя Блисс и Лёмо на некоторое время забросили эту область (почти на десять лет – Блисс, на тридцать лет – Лёмо), другие исследователи обратились к изучению эффекта долговременной потенциации (ДП), и количество работ по данной теме вскоре стало расти в геометрической прогрессии. Аккуратно и точно стимулируя мозг животного, а затем наблюдая биохимические и структурные изменения, можно было выявить многообразие различных типов синаптических изменений. При этом использовались срезы мозговых тканей – в том числе и человека – а не целых животных [65]. Тимоти Блисс и Грэм Коллингридж в крупном обзоре, опубликованном в журнале Nature в честь двадцатой годовщины первой статьи о ДП, подчеркнули, что главной из нерешенных вопросов в этой области является истинное физиологическое значение ДП, в частности, «является ли оно центральным компонентом синаптического механизма памяти?» [66]. Исследователи не были уверены в связи между реальной памятью и эффектами, наблюдаемыми в лабораторных исследованиях ДП. Задача все еще требует ответа: в 2006 году Блисс лишь смог заявить, что ДП представляет собой «убедительную физиологическую модель эпроцессов формирования памяти» [67]. Недавние эксперименты подтвердили, что ДП и его «негативный» эквивалент, долговременная депрессия[224], могут деактивировать и реактивировать воспоминания у крыс, что говорит о существовании причинно-следственной связи. Однако это не означает, что феномен ДП сам по себе является памятью. Непроясненная биохимическая природа ДП и другие нерешенные вопросы (например, тот факт, что научение может происходить после одного события, в то время как ДП требует многократной стимуляции), все еще вынуждают некоторых ученых сомневаться в том, что ДП полностью отражает процесс кодирования воспоминаний в мозге [68].

Когда Пенфилд попытался объяснить странное пробуждение воспоминаний в результате стимулируции мозга, то предположил, что этот процесс активирует те же самые пути, что задействованы во время обучения. Теперь эта мысль была реализована с помощью новейшего нейронаучного метода – оптогенетики. Эта методика, разработанная в начале XXI века рядом исследователей, включая Геро Мизенбека, Карла Дайссерота и Эдварда Бойдена, в настоящее время доминирует во многих областях исследований мозга и нейронов животных[225]. Процедура включает в себя введение гена в нужный нейрон, который кодирует светочувствительный белок (опсин). Эту молекулу можно активировать с помощью светового импульса и тем самым заставить нейрон реагировать. Оптогенетика – способ точной идентификации и стимуляции нейронов – была использована для того, чтобы показать, что в нейронах, участвующих в обучении, происходят некоторые изменения, типичные для ДП, и что те же самые клетки активируются во время запоминания [69]. В настоящее время они широко известны как клетки энграммы, хотя не являются единственным ее компонентом, так как туда на самом деле вовлечено просто огромное количество нейронов [70].

Метод оптогенетики был разработан в начале XXI века и в настоящее время доминирует во многих областях исследований мозга и нейронов животных.

В 1982 году Фрэнсис Крик, один из первооткрывателей двойной спирали ДНК, предположил, что структуры, известные как дендритные шипики – крошечные мембранные выросты на поверхности дендрита, разветвленного отростка нейрона, – могут играть ключевую роль в синаптической активности, изменяя их форму во время обучения [71]. Ученый оказался прав в своем предположении, но точный механизм был проще, чем Крик себе представлял. В процессе создания долговременной памяти новые синаптические связи устанавливаются благодаря образованию новых шипиков, а не путем изменения формы существующих. Новые дендритные шипики наблюдаются после обучения у широкого круга животных, и в 2015 году исследователи использовали оптогенетику для сокращения количества шипов, которые были созданы после обучения. Память о конкретной решенной задаче была нарушена, что указывает на то, что дендритные шипики имеют ключевое значение для формирования энграммы [72]. Однако ситуация не так проста, поскольку становится очевидным, что нейроны не создают новые синапсы сами по себе. Другие клетки, называемые астроцитами[226], которые реагируют на нейромедиаторы, по-видимому, способствуют синаптической пластичности и улучшению памяти. Если активация астроцитов в гиппокампе блокируется, то возникает нарушение памяти [73].

Впереди еще много открытий и разъяснений, но в целом результаты подтверждают понимание Хеббом процесса обучения [74]. Несмотря на интенсивные споры о локализации и распределении, которыми была отмечена история науки о мозге, теперь кажется, что воспоминания не находятся в одном месте, хотя отдельные клетки все еще могут играть существенную роль в формировании памяти. Воспоминания часто бывают мультимодальными (включающими место, время, запах, свет и т. д.) и распределяются по коре головного мозга через сложные нейронные сети.

Некоторые исследования направляют наше понимание физической природы памяти в весьма тревожное русло. В 2009 году ученые под руководством Шины Джосселин из Массачусетского технологического института специально удалили клетки в миндалевидном теле (амигдале) мыши, которые экспрессировали высокий уровень белка CREB во время выполнения учебной задачи [75]. В результате мышь забыла то, чему научилась. Энграмма была стерта. Развитие оптогенетики позволило исследователям еще эффективнее манипулировать памятью мышей. В лаборатории нобелевского лауреата Судзуми Тонегавы, микробиолога и профессора Массачусетского технологического института, в гиппокампе грызунов были созданы ложные воспоминания, заставляющие животное замирать в определенной части клетки, как будто ранее его там били током, хотя у него никогда не было такого опыта [76]. Группа также превратила неприятное воспоминание в позитивное, что привело к тому, что грызуна стало привлекать место, где ранее его били током. Значение энграммы было изменено [77]. Они даже активировали положительные энграммы в мозге мышей, что повлекло за собой модификации поведения, напоминавшие депрессию [78]. Другие ученые создали память с нуля, оптогенетически активируя как обонятельную луковицу, так и мозговые центры, отвечающие за вознаграждение и отвращение. В результате мышь помнила что-то о запахе, с которым никогда не сталкивалась [79]. Подобная точность может склонить нас к мысли, что в формировании памяти участвуют только конкретные единицы, которыми манипулировали в каждом из этих экспериментов. На самом деле за работой данных нейронов стоит невероятное количество других нервных клеток, которые вносят свой вклад в активность нейронной сети и порождают поведение.

Воспоминания часто бывают мультимодальными. Они включают место, запах, время, свет и многое другое.

Чтобы довести историю обучения до конца, исследователи недавно применили оптогенетику для активации нейронов, которые используют нейромедиатор дофамин. (Долгое время считали, что он связан с системой вознаграждения у позвоночных[227], кроме того, дофамин задействован в формировании зависимости). Экспериментаторы включали в клетке животного нейтральный свет [80]. Даже четырех односекундных активаций дофаминовых нейронов с интервалом в восемьдесят секунд было достаточно, чтобы вызвать у животного реакцию «павловского» обусловливания – оно впоследствии двигалось к свету, как только его включали. Условные рефлексы собак Павлова, по-видимому, функционировали точно так же.

За работой нейронов стоит невероятное количество разных нервных клеток.

Вся научно-исследовательская работа, иллюстрирующая, что воспоминания могут быть созданы, изменены и стерты, была проделана на генетически измененных мышах. Эти методы не могут быть использованы для изменения памяти у людей, хотя психологи заинтересованы в том, чтобы увидеть, как понимание процесса формирования памяти может быть перенесено в клиническую практику [81]. Однако более широкие этические последствия такого исследования затронули тех, кто участвовал в нем. В 2014 году одна статья была озаглавлена «Начало ложной памяти» в знак уважения к ошеломляющему научно-фантастическому фильму Кристофера Нолана 2010 года «Начало», в котором зритель никогда не был полностью уверен в том, что является реальным. Еще более уместной была бы отсылка к рассказу Филипа Дика 1966 года «Мы вам всё припомним», позже в измененном виде послужившему сюжетной основой для полнометражного фильма «Вспомнить все» (1990). В типично параноидальной истории Дика действие происходит в «не слишком отдаленном будущем», где скучающему клерку по имени Дуглас Куэйл (Куэйд в фильме) имплантировали фальшивые воспоминания о том, что он секретный агент, побывавший на Марсе. Эти воспоминания – и другие, вспыхивающие в его мозгу, включая заговор инопланетян с целью вторжения на Землю, – оказываются правдой. Или нет?

Исследование клеточной основы памяти говорит о том же самом, что многие психологические работы демонстрировали ранее: память податлива. Она не просто запись происходящих событий, это структура, и она может быть ложной. Но прежде всего у памяти есть материальная основа [83]. Мы нашли элементы энграммы, и они не похожи на память жесткого диска компьютера. Биологическая память богата, ненадежна, и ее элементы тесно взаимосвязаны, доступ к ней осуществляется по нескольким маршрутам, а не по одному адресу.

Биологическая память богата и ненадежна, а путь к ней строится по нескольким маршрутам.

Характер связи между привычными нам, не слишком четкими воспоминаниями и сложными, подробными воспоминаниями, которые Пенфилд вызывал у пациентов путем электростимуляции мозга, неясен. Не похоже, чтобы мы непрерывно регистрировали в мозге всю свою жизнь, однако научные эксперименты свидетельствуют о том, что очень специфические и, по-видимому, несущественные моменты могут быть вызваны в памяти либо каким-то внешним событием, либо импульсом электрода. Энграмма выдала нам лишь некоторые из своих многочисленных секретов, но мы все еще далеки от понимания сути воспоминаний. Мозг может быть похож на компьютер в некоторых видах обработки информации, но запоминаем и вспоминаем мы совершенно иначе. Человек – не машина, или, скорее, не похож ни на одну машину, которую уже создали или могли бы себе представить.

Успехи в выявлении физической основы памяти ставят вопрос о том, каким образом сенсорная информация – материал памяти – обрабатывается мозгом в первую очередь. Воспоминания хранятся в определенных наборах нейронов, но это не объясняет, как мозг понимает происходящее во внешнем мире и по каким приципам отбирает то, что нужно запомнить. Как и в случае со многими событиями, описанными на страницах данной книги, поворотное событие в решении вопроса о природе восприятия и его локализации или распределения в мозге произошло случайно.

11

Нейронные цепи. 1950-е – настоящее время

В начале 1958 года два научных сотрудника из Университета Джонса Хопкинса в США – швед и канадец, которым было чуть за тридцать, – исследовали, как клетки коры головного мозга кошки реагируют на зрительные стимулы. Животное под анестезией лежало на операционном столе, в то время как ученые регистрировали реакцию отдельного нейрона с помощью электрода. Они проецировали различные формы света на сетчатку животного, пользуясь предметными стеклами микроскопа, на которые наклеили металлические диски, тем самым создав темное пятно на светлом фоне. Но безрезультатно. Электрические импульсы нейрона были слабыми и трансформировались в едва уловимые потрескивания и хлопки динамика в лаборатории. Затем, как вспоминают исследователи, произошло следующее:

«Внезапно, как только мы вставили один из стеклянных слайдов в офтальмоскоп, клетка, казалось, ожила и начала “стрелять” импульсами, как пулемет. Потребовалось некоторое время, чтобы обнаружить, что „огонь” не имел никакого отношения к маленькому непрозрачному пятну. Клетка реагировала на тонкую движущуюся тень, отбрасываемую краем стекла, когда мы вставляли его в разъем офтальмоскопа. Потребовалось еще больше времени и исследований, чтобы выяснить, что клетка реагирует только в том случае, если слабая линия тени медленно перемещается вперед в ограниченном диапазоне направлений. Даже изменение подачи стимула на несколько градусов заметно снижало выраженность реакции, а подача стимула под прямым углом к оптимуму вообще не давало никаких откликов. Клетка полностью игнорировала наши черные и белые пятна» [1].

Нейрон активировался очень специфическим стимулом – вертикальной движущейся линией. Его совершенно не интересовали ни неподвижные, ни горизонтальные линии. Совершенно случайно два исследователя, Дэвид Хьюбел и Торстен Визель, совершили открытие, которое помогло изменить наше представление о том, как в мозге обрабатываются сенсорные стимулы.

Им удалось обнаружить существование удивительно сложных репрезентаций окружающей среды в отдельных клетках.

В последующие годы Хьюбел и Визель выяснили, что некоторые нейроны реагируют на конкретную ориентацию зрительных стимулов, в то время как другие требуют определенного вида движения. Двигая электрод в мозге кошки, они установили, что зрительная кора организована в виде кортикальных колонок и слоев, причем каждая колонка реагирует на определенный объект (линию, точку и т. д.), а каждый слой – на точно ориентированное положение этого объекта. Слои и колонки передают информацию нейронам следующего уровня мозга, где, по-видимому, начинает формироваться более сложное представление визуального мира.

Открытие Хьюбела и Визеля совпало с рядом предшествующих находок. В 1953 году кембриджский физиолог Гораций Барлоу, член «Клуба Ratio» и правнук Чарлза Дарвина, показал, что клетки сетчатки лягушки организованы в группы, покрывающие по небольшому участку поля зрения животного [2]. Каждая из нейронных цепочек позволяла лягушке идентифицировать маленькие точки размером с муху. В принципе, скоординированная активация цепочек нейронов в сетчатке лягушки позволяла зрительной системе ее мозга отслеживать движущееся насекомое. Группа клеток активировалась, когда изображение мухи проходило над ней, а затем возвращалась в состояние покоя, когда муха удалялась. Хотя в некоторых отношениях открытие Барлоу предвосхитило прорыв Хьюбела и Визеля, между ними было существенное различие. Барлоу изучал периферическую нервную систему, а не мозг.

Ученым Дэвиду Хьюбелу и Торстену Визелю удалось обнаружить сложные репрезентации окружающей среды в отдельных клетках.

Имели место и более очевидные прецеденты. В 1938 году Лоренте де Но предположил, что нейроанатомия зрительной коры, по-видимому, организована в виде колонок, состоящих из с взаимосвязанных нейронов, которые простираются в глубь мозга, перпендикулярно поверхности. Правда, тогда никто и понятия не имел, что такая «столбчатая» организация может сказать о функции мозга [3]. За год до эксперимента Хьюбела и Визеля Вернон Маунткасл[228] обнаружил, что в коре головного мозга кошки клетки, реагирующие на один и тот же вид стимулов (например, прикосновение) от разных частей тела, организованы вертикально. А нейроны в одном и том же слое коры реагируют на различные виды сенсорных стимулов от одной и той же части тела [4]. Вскоре после этого Мак-Каллок и Питтс вместе со своим другом Джерри Леттвином и чилийским нейрофизиологом и кибернетиком Умберто Матурана сообщили о наличии аналогичных клеток в головном мозге лягушки[229] [5]. Сходные результаты вскоре получили исследователи, занимавшиеся другими видами позвоночных, и выяснилось, что модульный принцип организации зрительной коры был общим для всех позвоночных.

Возможная схема связей, определяющих рецептивное поле простой клетки. Большое количество клеток латерального коленчатого тела, четыре из которых изображены вверху справа, имеют рецептивные поля с on-центрами, лежащими вдоль прямой линии на сетчатке. Все это проецируется на единственную кортикальную клетку, и, следовательно, синапсы возбуждаются. В этом случае рецептивное поле кортикальной клетки будет иметь удлиненный on-центр, обозначенный прерывистой линией на изображении рецептивного поля слева.

Рисунок Хьюбела и Визеля, показывающий, как они представляли себе датчик для линии, производимой простыми нейронными связями

Следствием высокой степени локализации было то, что мозг сначала идентифицирует точные элементы в окружающей среде – линии, движущиеся объекты и др., – а затем каким-то образом конструирует из них узнаваемый целостный образ.

Несмотря на наличие строго определенных областей мозга, отвечающих за отдельные сенсорные модальности (обоняние, слух и т. д.), оказалось, что есть и высокая степень общности. Слуховые сигналы интегрируются в зрительные области мозга кошки, а зрительные сигналы анализируются в слуховой коре мыши [6]. Такое взаимодействие между сенсорными модальностями предположительно связано с точной идентификацией важных стимулов, таких как ассоциация шороха с движением хищника или жертвы.

В конце 1960-х и начале 1970-х годов исследования мозга кошки показали, что для развития многих структур необходим опыт. В ходе экспериментов кембриджского физиолога Колина Блейкмора и других выяснилось, что, если вы воспитываете кошку в среде, состоящей исключительно из вертикальных полос, она не может идентифицировать горизонтальные полосы – нейроны, которые обычно реагируют на такую ориентацию объекта, не срабатывают [7]. Данный эффект имел реальные поведенческие последствия – Блейкмор сообщил, что котята, выросшие в среде с горизонтальными полосами, игнорировали палку, которой взмахивали вертикально. Они буквально не видели эту часть мира: «Несмотря на активное и с течением времени все более неистовое зрительное исследование комнаты, котята часто натыкались на ножки стола, когда сновали вокруг».

Мозг сначала идентифицирует элементы окружающей среды, а потом конструирует из них узнаваемый образ.

Более того, если бы эти котята продолжали расти в окружении, состоящем исключительно из горизонтальных полос, они никогда не смогли бы полноценно реагировать на вертикальные линии и в дальнейшей жизни. Их мозг не получил необходимой стимуляции в течение так называемого критического периода. У людей ситуация в чем-то схожа. Давние свидетельства взрослых пациентов, излечившихся от врожденной слепоты, демонстрируют, что им нужно научиться видеть лица и даже распознавать простые фигуры, такие как треугольник [8]. Во многих случаях они никогда не достигают нормального уровня понимания визуальных образов, потому что пропустили соответствующий критический период.

Открытие организации зрительной системы укрепило представление о том, что мозг выполняет вычисления, но исследование факторов, влияющих на развитие, показали, что мозг не имеет жесткой предустановленной «программы». В определенных пределах он способен создавать новые структуры вследствие опыта и исследования животным окружающей среды. Это компьютер, Джим, но не такой, каким мы его знаем.

* * *

Хьюбел и Визель предположили, что обработка зрительной информации в мозге организована по какому-то иерархическому принципу, согласно которому объекты идентифицируются с возрастающей степенью точности все более локализованными структурами по мере восхождения по иерархии. Это породило дискуссию о том, насколько детальной может быть информация, закодированная в высших одиночных клетках, и научное сообщество вновь сосредоточилось на противоборстве двух идей: локализована функция или распределена по всему мозгу. В 1969 году Джерри Леттвин решил указать на недостатки ультралокационистской позиции, сатирически заявив, что его несуществующий троюродный брат, русский нейрохирург по имени Акакий Акакиевич[230], лечил пациентку, которую в психологическом плане подавляла властная мать, и удалил клетки, ответственные за ее узнавание (якобы было 18 000 таких «материнских» клеток, реагирующих на нее в различных положениях и обличьях). Кульминацией этой истории было то, что Акакий Акакиевич, успешно вылечив пациентку, теперь принял следующий вызов – «бабушкины» клетки [9].

Данная история была популярна, когда я был студентом, и – если не считать шутливой основы – выражение «бабушкина клетка» использовалось как способ быстро подчеркнуть изначальную нелепость предположения, будто каждый узнаваемый нами объект, независимо от его положения или контекста, представлен деятельностью конкретного нейрона или группы нейронов. Доведенная до абсурда, идея должна была бы означать, что есть клетки для сидящей бабушки, бабушки, стоящей на голове, бабушки, играющей на укулеле, и всех других возможных комбинаций, в которых вы могли бы узнать свою бабушку. Добавьте к бабушке список всего, что вы могли бы увидеть, и в мозгу тогда должно содеражаться бесконечное число нейронов, объясняющее наши способности восприятия. Это явно заблуждение. Но правда часто оказывается страннее вымысла. За два года до «шутки Леттвина» польский нейропсихолог Ежи Конорский[231] довел до логического завершения открытие Хьюбела и Визеля нейронов-детекторов признаков. В монографии «Интегративная деятельность мозга» (1967) Конорский утверждал, что мозг содержит гностические нейроны, способные идентифицировать очень точные стимулы, такие как кошки, козы или одно и то же слово, написанное в разных стилях [10]. Бабушек там не было, но это только потому, что Конорский не включил их в свой список.

Мозг не имеет жесткой предустановленной программы.

Вскоре после этого Чарльз Гросс и его коллеги из Принстонского университета описали нечто очень похожее на «бабушкину клетку». Нейроны в мозге обезьяны реагировали преимущественно не на бабушку животного, а на форму обезьяньей руки. Как Хьюбел и Визель, ученые, по-видимому, сделали свое открытие случайно. Один из исследователей, расстроенный тем, что нейрон, активность которого они регистрировали, не реагировал ни на один из визуальных стимулов. Он помахал рукой перед экраном, на котором демонстрировали стимул. Клетка активно ответила [11]. Впервые данный эксперимент описали в 1969 году (почти стыдливо) в конце статьи в журнале Science: «Одна единица[232], реагировавшая на темные прямоугольники, гораздо сильнее отвечала на вырезанное изображение руки обезьяны, и чем больше стимул походил на руку, тем сильнее возрастала активность клетки» [12]. Многим ученым, критиковавшим идею «бабушкиной клетки», было трудно признать данный факт, но результаты говорили сами за себя.

В конце 1970-х годов ситуация приняла еще более странный оборот, когда исследователи из Оксфорда показали, что некоторые нейроны мозга обезьяны реагируют только на лица во всех положениях. Ученые из Кембриджа вскоре распространили результаты ислледования на овец, клетки которых отвечали либо на изображения других овец той же породы, либо на размер рогов, либо на изображения потенциально угрожающих стимулов, таких как люди или собаки [13]. Кембриджская группа сухо отметила, что овцы «не реагируют на перевернутые изображения, что вполне разумно, ведь в отличие от обезьян овцы обычно не смотрят на других овец вверх ногами»[233] [14].

В последующие десятилетия ученые получили так много данных о невероятной точности, с которой отдельные нейроны реагируют на зрительные стимулы, что это тревожит любого, кто, подобно мне в молодости, считает, что академическая байка про «бабушкину клетку» является убийственным контраргументом для идеи локализации зрительного восприятия. В 2005 году исследователи под руководством Ицхака Фрида из Медицинской школы Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Кристофа Коха из Калифорнийского технологического института описали испытание восьми пациентов, страдающих от трудноизлечимой формы эпилепсии, которым на начальной стадии операции в мозг вживили электроды. Пациентам предъявлялись визуальные образы, и у них регистрировали активность отдельных клеток гиппокампа. Эти клетки иногда реагировали с пугающей степенью точности:

«В одном случае клетка реагировала только на три совершенно разных образа бывшего президента Билла Клинтона. Отдельный нейрон другого пациента отвечал только на изображения The Beatles, еще одна – на карикатуры из телесериала „Симпсоны” и, наконец, третья – на фотографии баскетболиста Майкла Джордана» [15].

Дальнейшие исследования показали, что у одного пациента была «единственная клетка в левой задней части гиппокампа, активируемая исключительно различными образами актрисы Дженнифер Энистон». Нейрон не реагировал, если Энистон была изображена со своим тогдашним партнером Брэдом Питтом. Клетка другого пациента последовательно отвечала на фотографии актрисы Холли Берри, в том числе когда та была одета как Женщина-кошка (роль, которую она в 2004 году исполнила в одноименном фильме). Также интересно, что встретился нейрон, проявляющий активность преимущественно в ответ на изображения Сиднейского оперного театра и написанные слова «Сиднейский оперный театр». Показывая, что наш мозг не просто полон мусора, клетка одного пациента отреагировала на решение теоремы Пифагора a^2 + b^2 = c^2. Пациент был инженером и интересовался математикой [16].

Может показаться, что мозг содержит точно специализированные «бабушкины клетки», которые срабатывают, когда мы видим кого-то или что-то знакомое. Но авторы были более осторожны в своих выводах. Хотя клетки последовательно реагировали на Энистон, Берри или Клинтона, это не означало, что их изображения были единственными стимулами, которые потенциально могли возбудить данные нейроны, ведь пациентам демонстрировался очень ограниченный диапазон изображений. В последующих работах группа утверждала, что клетки, которые они обнаружили, могут представлять собой концепт – отсюда и активизация клетки как при изображении Сиднейского оперного театра, так и при его словесном обозначении – и играть ключевую роль в формировании памяти [17].

Самое главное, исследователи признали, что реакция отдельного нейрона на изображение не делала его единственным нейроном, участвующим в распознавании образа. Просто это была та клетка в соответствующей сети, реакцию которой они записали. Ученые подсчитали, что, предположительно, около миллиона нейронов будет активировано каждым стимулом. Многие из клеток реагируют на аспекты образа или концепта, которые также будут задействованы иным стимулом, но в пределах другой нейронной сети [18]. Это объясняет, почему исследователям так повезло, что они нашли конкретную клетку, реагирующую на Дженнифер Энистон: такой нейрон не единичен, их – миллионы. В действительности нас поражает точность реакций отдельных клеток, которые регистрируют ученые. Но, как заметил Рафаэль Юсте, нужно сосредоточиться на сложности лежащих в основе нейронных цепей и меняющихся паттернах многоклеточной активности, которые происходят, когда мы видим знакомое изображение [19].

Есть два вида потоков зрительной информации – «где» и «что». Поток «где» в мозгу связан с кодировкой информации, а поток «что» с идентификацией увиденного.

Существование выделенных цепей более высокого уровня в зрительном восприятии было подчеркнуто в 1992 году[234], когда Дэвид Милнер и Мелвин Гудейл предположили, что в мозге млекопитающих существуют два отдельных потока зрительной обработки с различными выходными функциями [20]. После первичной обработки в зрительной коре в задней части мозга визуальная информация разделяется на два пути. Один из них идет в верхнюю часть мозга[235] – так называемую систему «где», или дорсальный поток, который предположительно кодирует информацию о пространственном местоположении обнаруженного объекта, проецируя данные в моторную кору. Другой путь, который пролегает глубже, в нижней части коры головного мозга[236], называется вентральным потоком и иногда системой «что». Он связан с идентификацией увиденных объектов. Вентральный поток связан с областями мозга, ответственными за формирование памяти и социальное поведение. Между двумя потоками есть связь: в какой-то момент вы, взглянув на кошку и желая ее погладить, должны будете задействовать их оба.

Различия между двумя потоками – «где» и «что», дорсальным и вентральным, распознаванием и действием – подчеркивают сложность функциональной локализации в мозге [21]. Локализованная функция предполагает наличие не только физических характеристик стимула, но и таких его аспектов, которые требуют от организма готовности реагировать определенным образом – тянуться к объекту или помнить о нем [22]. Данный идея функциональной локализации гораздо более пластична, нежели окостеневшее представление, будто все аспекты восприятия бабушки находятся в одной и той же области [23]. Но по мере того, как растет число взаимосвязей и обнаруживается участие различных сенсорных модальностей в сходных нейронных путях, идея о том, что функция полностью локализована, постепенно ослабевает. Наше понимание того, что именно локализовано, становится все более запутанным – или, если хотите, более богатым.

* * *

Предельный вид локализации, предложенный Хьюбелом и Визелем и – в ограниченной степени – существованием «клеток Дженнифер Энистон», может быть описан в терминах активности отдельных нейронов. В 1972 году кембриджский физиолог Гораций Барлоу сформулировал «пять догм» о связи между активностью отдельных нейронов и ощущением [24]. Эти «догмы» на самом деле были просто предположениями или гипотезами, которые могли сосредоточить внимание на том, как работает нервная система, и привести к будущим экспериментам. Барлоу явно позаимствовал свой подход и сам термин «догма» из концепции Фрэнсиса Крика о генетической основе синтеза белка, высказанной в лекции 1957 года[237], которая помогла создать невероятно успешную структуру молекулярной биологии [25]. Статья Барлоу сильно повлияла на науку – когнитивист Маргарет Боден назвала ее революционной [26].

Отправной точкой позиции Барлоу – его первой «догмой» – было то, что полное представление о работе нервной системы требует описания не только деятельности клетки, но и ее роли как сетевого узла. Основной принцип функционирования таких сетей, утверждал Барлоу, заключается в том, что «на все более высоких уровнях сенсорных путей информация о физическом раздражителе передается все меньшим количеством активных нейронов». Чтобы объяснить эту идею, Барлоу сослался на мысль, высказанную в 1890 году Уильямом Джеймсом, утверждавшим, что в мозгу должна быть «папская клетка», которая, как и папа римский, является главой всех других клеток мозга [27]. Хотя такой анатомической структуры не существует, термин «папская клетка» закрепился как способ описания высокоиерархической теории организации мозга. Барлоу предположил, что, хотя и не было никакой «папской клетки», могло существовать то, что он в шутку называл «кардинальскими клетками». Как и в католической церкви, они бы располагались ниже по иерархии и были представлены в большем количестве, хотя только единицы из подобных нейронов проявляли бы активность постоянно [28]. Барлоу подчеркивал, что нейроны реагируют на особенности окружающей среды способом, который был сформирован в ходе эволюции и который включает в себя факторы и наследственности, и окружающей среды. Частота, с которой срабатывает нейрон, может быть принята в качестве меры «субъективной уверенности»: чем выше скорость срабатывания, тем более вероятно, что причина активности нейрона действительно присутствует в реальном мире. Что касается того, что происходило во время этой обработки, Барлоу утверждал, что объекты представлены в нейронной активности как символическая абстракция. Данную идею ученый позаимствовал из работы Кеннета Крейка, написанной тремя десятилетиями ранее. Согласно ей, определенные элементы стимула кодируются в нейронной активности, позволяя мозгу обрабатывать только эти ключевые абстракции.

Нет никаких доказательств чего-либо нематериального в наших головах или в голове любого другого животного.

Бросая вызов сложнейшему вопросу, каково это – обладать сознанием, Барлоу настаивал на том, что «нет ничего другого, что наблюдает или контролирует мыслительную деятельность». Чтобы понять, как нервные системы управляют поведением, нет необходимости воображать какого-то гомункулуса, обитающего у нас в голове и наблюдающего за реакцией нейронных цепей. Как выразился Барлоу в своей четвертой догме, «активные нейроны высокого уровня прямым и непосредственным образом порождают элементы нашего восприятия» [29]. Активность нейронных сетей определяет поведение и восприятие, в том числе и у человека. Это все, что есть в головах, и неважно, кто ты – муха дрозофила или человек. В 2009 году Барлоу задался вопросом, не прозвучало ли данное утверждение слишком резко – не потому, что сомневался в его верности, а потому, что, несмотря на все промежуточные исследования, до сих пор не обнаружилось никаких доказательств. «Теперь мне трудно даже представить себе что-либо научное, что объяснило бы личные и субъективные аспекты восприятия», – сказал он [30]. Как бы трудно ни было представить природу сознания, факты остаются фактами.

Нет никаких доказательств чего-либо нематериального в наших головах или в голове любого другого животного.

В целом догмы Барлоу за прошедшие годы хорошо себя зарекомендовали. В частности, его идея «кардинальских клеток» была переработана в терминах так называемого «разреженного кодирования». Согласно этой концепции, чем выше уровень репрезентации, тем меньше клеток задействуется и тем разреженнее их активность, но тем более значима она как с точки зрения общей активности системы, так и представления стимула.

Догмы Барлоу отражали новый редукционистский подход к работе мозга, при котором ученые пытались понять внешне простые нервные системы, чтобы пролить свет на функционирование более сложных форм. Одно из самых ранних подтверждений целесообразности такого подхода было найдено самим ученым в исследовании 1953 года. Барлоу обнаружил нейроны-распознаватели мух в сетчатке лягушки, а также их способность запускать хватающее поведение у животного. Сложные и эволюционно значимые модели поведения порой создаются простейшими нейронными сетями, которые могут фактически не вовлекать мозг в значительной степени. Чтобы исследовать эту проблему, был испробован ряд различных подходов, все с использованием одной и той же редукционистской логики. Примерно в то же время, когда Эрик Кандел занимался изучением энграммы аплизии, в начале 1960-х годов некоторые мастодонты золотого века молекулярной биологии обратились к изучению структуры и функций нервной системы.

Наиболее значительный научный сдвиг осуществился благодаря хорошим друзьям Сиднею Бреннеру и Сеймуру Бензеру, вместе создавшим то, что сейчас является основными областями нейробиологии. Бреннер сосредоточился на крошечной нематоде (круглом черве Caenorhabditis elegans) и поставил амбициозную цель изучить организацию и развитие всех ее 900 с лишним клеток, включая 302 нейрона [31]. Хотя червь, строго говоря, не обладает никакой анатомической структурой, похожей на мозг, он способен перемещаться по химическим градиентам, распознавать феромоны и учиться. Работа группы Бреннера, имевшей в своем исследовательском арсенале лишь электронные микроскопы и примитивные компьютеры, а затем и мирового сообщества по изучению червей в итоге привела к пониманию того, как развиваются животные. Данная область исследований – и Бреннер, конечно, – были вознаграждены Нобелевской премией в 2000 году [32].

Сеймур Бензер решил выявить генетические факторы в поведении, создав поведенческих мутантов плодовой мушки Drosophila melanogaster. Хотя дрозофила была использована для создания основы генетики еще в начале XX века, интерес к этому крошечному насекомому ослабел в послевоенные годы после расцвета молекулярной генетики, сосредоточившейся на бактериях и вирусах. Подход Бензера сыграл ключевую роль в возрождении научного интереса к изучению мух. В течение десятилетия после запуска его исследовательской программы он с группой молодых ученых выявил гены, участвующие в регуляции циркадных ритмов[238] (эта работа в итоге привела к Нобелевской премии в 2017 году) и обучении.

Благодаря ученому Бензеру возродился научный интерес к изучению мух в XX веке.

Начиная с 1980-х годов, с усовершенствованием молекулярных техник изучения и манипулирования генами этих и других видов, наши возможности в исследовании мозга существенно расширились. Новые инструменты позволили визуализировать нейроны и нейронные структуры такими способами, о которых в прошлом даже не мечтали. Были составлены новые карты мозга и нервной системы, последние из которых позволили идентифицировать ранее неизвестные типы нейронов на основе экспрессии генов[239], а не формы клеток. Объектом интенсивного изучения стали новые организмы, такие как крошечные рыбки данио-рерио, выбранные в качестве модели в биологии развития позвоночных. Стали доступны новые способы манипулирования нейронной активностью: от мышей, у которых был удален определенный ген, до системы у дрозофил для экспрессии любого гена из любого организма практически в любой ткани. Новейшее достижение – использование оптогенетики для буквального включения и выключения нейронов, а также инструмент редактирования генома CRISPR/Cas9, который, в принципе, позволяет манипулировать любым известным геном практически у любого животного[240].

* * *

В 1993 году, через семь лет после публикации полной функциональной карты червя-нематоды, Фрэнсис Крик и Эдвард Джонс выпустили статью в Nature, которая, начиная с ее названия, оплакивала «Отсталость человеческой нейроанатомии» [33]. Они были поражены исследованием основных путей в коре макаки, результаты которого двумя годами ранее представили Дэниел Феллман и Дэвид Ван Эссен [34].

Мы до сих пор не понимаем подробностей того, как устроен мозг, за исключением простейших организмов, таких как червь.

Эта статья включала чрезвычайно сложную и многократно воспроизводимую сводную диаграмму, показывающую 187 высокоуровневых связей между 32 выявленными зрительными областями. В отличие от детального понимания мозга макаки, Крик и Джонс описали «постыдную» скудность современных знаний о человеческом мозге:

«Условно можно предположить, что карта связей зрительных областей коры головного мозга человека будет аналогична карте макаки, но это предположение необходимо проверить. Для других кортикальных областей, таких как языковые, мы не можем использовать мозг макаки даже в качестве грубого ориентира, поскольку в нем, вероятно, нет сопоставимых областей.

Невыносимо, что мы не располагаем такой информацией о человеческом мозге. Без нее почти нет надежды на точное понимание функционирования человеческого мозга – разве что на самое приблизительное».

В то время не существовало специального понятия для того, что описывали Крик и Джонс. Но в 2005 году два исследователя придумали по отдельности термин, обозначающий «всеобъемлющее структурное описание сети элементов и связей, образующих человеческий мозг»[241] [35].

Это было слово «коннектом», одно из многочисленных слов на «-ом» и «-омика», наводнивших науку после появления генома и геномики в повседневном языке [36]. Проще говоря, слова, оканчивающиеся на «-ом», – это то, что группирует вместе каждый пример конкретного биологического явления, в то время как «-омика» – это научные области, занимающиеся изучением конкретных «-омов».

Отчасти в результате инициативы Крика была начата целая серия проектов, чтобы предоставить ученым базу для описания нейроанатомии мозга у разных животных: от мух до пиявок, от мышей до людей. В применении к более крупным животным, включая человека, термин «коннектом» часто используется довольно свободно. Под ним имеют в виду карту крупномасштабных связей между областями мозга, как у макаки, которая раздразнила Крика и Джонса, а не истинный коннектом, который был бы основан на отдельных клетках и их синапсах[242]. В таких картах есть четыре различных уровня связей: макросоединения между областями мозга, мезосоединения между типами нейронов, микросоединения между отдельными нейронами и наносоединения в синапсах [37]. Каждый из них говорит о разном, но не всегда ясно, какой тип коннектома ученые имеют в виду, когда описывают свои исследования.

Например, в 2009 году Томас Инсел, глава Национального института психического здоровья (NIMH), заявил, что американский проект «Коннектом человека» будет «отображать полную карту связей живого человеческого мозга» [38]. На самом деле проект не изучает нейроанатомию, а вместо этого использует сканирование мозга (относительно неточный метод), чтобы посмотреть на нервы (так называемые пучки большого количества нейронов), которые соединяют области мозга. Данный коннектом состоит из макросоединений. Первые результаты проекта показали, что в мозге испытуемых с более «позитивными» переменными, такими как образование, выносливость и хорошая память, наблюдалась «более сильная коннективность», чем в мозг людей с «негативными» переменными, такими как агрессивность, курение или злоупотребление алкоголем [39]. Являются ли эти факторы – если они существуют – причинами или следствиями предполагаемых поведенческих различий, невозможно определить из полученных данных. Утверждения о том, что исследование выявило различия в мозге мужчин и женщин, горячо оспаривались [40].

Проект «Коннетом человека» использует сканирование мозга для просмотра нервов.

С точки зрения реального объяснения того, как работает мозг, эти широкие измерения почти ничего не дают для понимания – разрешение технологии визуализации, используемой в проекте «Коннектом человека», составляет порядка миллионов нейронов. Как выразились два исследователя коннектомики, «ни одна из ее многочисленных целей не связана с описанием системы синаптических связей мозга» [41].

Нам еще очень и очень далеко до полного коннектома мозга млекопитающих, основанного на микро– и наносвязях. Были описаны коннектомы сетчатки мыши, а также коннектомы клеточного уровня из крошечных частей мозга мыши, но они подкрепляют ошибочное впечатление, что наш мозг состоит из анатомически различных модулей. На самом деле существуют нейроны, которые связывают целые области, а иногда и весь мозг.

Недавнее исследование изображений пяти нейронов, опоясывающих мозг мыши, показало, что их общая длина достигает более 30 см [42]. Анализ функции даже такого небольшого числа нейронов, которые не просто выступают в роли ретрансляторов, а взаимодействуют со многими областями мозга, будет технически и интеллектуально сложным. Например, исследователи продемонстрировали на примере коннектома из 1000 нейронов мыши, как дальняя нейронная связь осуществляется так называемыми проекционными (релейными) нейронами[243] – у мыши они образуют сеть длиной более семидесяти пяти метров (таких клеток в вашем мозге миллионы) [43].

Существуют нейроны, которые связывают весь мозг.

Нет никаких планов по созданию полного коннектома на уровне синапса кого-либо из млекопитающих. Технические проблемы слишком велики. Даже в активно изучаемом мозге мыши у нас есть показатели количества клеток (даже не их взаимосвязей) для всего лишь 4 % от предполагаемых 737 областей мозга. И цифры для этих областей могут сильно варьироваться от исследования к исследованию – вплоть до тридцати раз. Недавние попытки использовать алгоритмы для подсчета количества клеток в каждой области мозга мыши дают некоторое представление, но ничто не заменит подробного знания на клеточном уровне о том, как организован мозг даже обычной мыши [44]. И пока мы не можем похвастаться, что эта цель не за горами. Что же касается человеческого мозга с его 90 миллиардами нейронов, 100 триллионами синапсов и миллиардами глий (все эти цифры – догадки), то идея отображения его на уровене синапсов станет реальностью только в далеком будущем.

Тем не менее перспектива получить коннектомы того или иного типа некоторых видов весьма заманчива. В 2013 году ведущий американский нейробиолог Кори Баргманн, изучающая червей-нематод, написала эссе, в котором сделала вывод:

«Определение коннектома похоже на секвенирование[244] генома: когда геном доступен, невозможно уже представить жизнь без него. Однако как для генома, так и для коннектома структура не решает вопрос о функции. Структура дает лучший обзор, представление о границах проблемы, набор правдоподобных гипотез и фундамент для проверки этих гипотез с большей точностью и мощью» [45].

* * *

Как объяснила Баргманн, широко распространенное предположение – а может, догма или просто надежда, – лежащее в основе работы над коннектомами, состоит в том, что описание карты электрических связей конкретного организма или одной части его мозга позволит по-новому взглянуть на то, как активность нейронных цепей рождает поведение и ощущения. Эта неявная гипотеза существовала с самого начала – в лаборатории Бреннера 302 реконструкции каждого из нейронов червя были помещены в серию портативных компьютеров, которые шутливо пометили как «разум червя» [46]. Вот только это не было шуткой.

Некоторые исследователи полагают, что коннектомы дали нейронауке великую объяснительную теорию, которой так не хватало. В 2016 году Ларри Свенсон и Джефф Лихтман заявили, что создание «биологически обоснованной, динамической или функциональной модели карты электрических связей нервной системы» само по себе заложит «мощную концептуальную основу, аналогичную периодической таблице элементов для химии, модели двойной спирали ДНК для молекулярной биологии или модели кровеносной системы Гарвея[245] для физиологии» [47]. Это был бы чрезвычайно важный шаг, но работа исследователей над простыми нервными системами предполагает, что коннектомика, хотя и обеспечивает существенную анатомическую базу для понимания мозга, не сможет объяснить происходящее, если не будет сопровождаться как экспериментами, так и моделированием [48].

Если вы будете просто наблюдать за синаптической щелью между двумя нейронами, вы не узнаете, что происходит там – возбуждение или торможение.

Даже в простой цепи каждый нейрон связан со многими другими нейронами как химическими синапсами, так и щелевидными контактами (нексусами), которые непосредственно соединяют две клетки и пропускают электрические сигналы (по этой причине их также называют электрическими синапсами; они были впервые обнаружены как анатомические структуры в 1950-х годах, а их функция продемонстрирована в 1960-х годах) [49]. Кроме того, нейрон может выделять в синапс несколько различных типов нейромедиаторов.

Просто наблюдая за синаптической щелью между двумя нейронами, вы не узнаете, что происходит там – возбуждение или торможение – и сколько нейромедиаторов задействовано.

Из-за такого рода факторов даже очень простые системы могут быть невероятно сложны. Например, в стенке тела личинки есть клетки, которые реагируют, когда она растягивается, движется, образуя часть цепи, которая контролирует движение. Каждый из таких нейронов имеет восемнадцать входных и пятьдесят три выходных синапсов. Большинство, если не все, из этих синапсов может включать более одного нейромедиатора [50]. И все лишь для того, чтобы сообщить двигательным цепочкам мышц личинки – даже не ее мозгу, – что ее кожа растянулась. Исследователи недавно описали один тормозящий нейрон в области, называемой зрительным бугром мыши – он имеет 862 входных и 626 выходных синапсов [51]. Что именно делает клетка, неясно, кроме того, что она участвует во многих различных функциях. Сложность нервной системы – любой нервной системы – поразительна. Те же проблемы можно обнаружить даже в самых простых частях нашего мозга. В 2018 году Софи Скотт, нейробиолог из Университетского колледжа Лондона, которая интересуется тем, как в мозге обрабатываются звуки, в частности как звуки с аналогичной частотой представлены в соседних структурах (это называется тонотопией), в отчаянии опубликовала в «Твиттере» фотографию высокоуровневой электрической карты «зачатка» слуховой системы человека.

Исходный пункт для изучения коннектомов – обновленная версия нейронной доктрины Кахаля: нейроны являются отдельными единицами, которые демонстрируют однонаправленную передачу сигналов. Но ученые все охотнее признают, что этот процесс намного сложнее. Нервная система содержит звездообразные глиальные клетки, называемые астроцитами, или астроглиями, которые обвиваются вокруг синапсов. Эти клетки помогают поддерживать жизнь нейронов, но за последние два десятилетия стало ясно, что астроциты способны изменять активность нейронов, выпуская кальций или нейромедиаторы и изменяя активность мозга у мыши [52]. Значительная роль функционирования астроцитов в естественных ситуациях все еще остается предметом ожесточенных споров. Но недавние результаты свидетельствуют о том, что, у рыбки данио-рерио, по крайней мере, данные клетки выполняют вычислительную функцию. Астроциты регулируют работу нейронов путем накопления сенсорной информации и сигнализируют о неэффективности конкретного действия, а за счет изменения активности нейронов снижают вероятность воспроизведения этого действия в будущем [53]. Функции нервной системы, несомненно, более сложны, чем думал Кахаль [54].

Твит профессора Софи Скотт из Университетского колледжа Лондона (Сам текст твита: Провела сегодняшний день, читая о подкорковой обработке слуховой информации. Мне нравится эта сволочь. ОДИН НЕЙРОН от улитки. Все развивается бурными темпами: 8 разных типов клеток, 5 разных потоков обработки, все они сохраняют тонотопию. И это ТОЛЬКО НАЧАЛО. Как мы вообще что-то слышим!)

Более того, уже более двух десятилетий мы знаем, что нейронная активность иногда может распространять свое воздействие как вверх по путям, так и вниз. В 1997 году калифорнийские исследователи изучили простую сеть изолированных клеток гиппокампа и обнаружили, что угнетение активности в выходном синапсе клетки распространяется обратно вверх по нейрону и влияет сначала на входные синапсы, а затем и на всю сеть [55].

Хотя потенциалы действия обычно передаются только в одном направлении – вниз по аксону, – это не всегда так.

Клетки не являются электронными компонентами компьютера, и карта электрических связей не покажет, как они функционируют в сети.

Нейронная активность иногда может распространяться как вверх по путям, так и вниз.

Эти открытия привели некоторых исследователей к предположению, что нейронная доктрина не адекватна для понимания сложности мозга и что неизвестные коллективные свойства, возникающие в результате деятельности групп нейронов – интегративные эмердженты на научном жаргоне, – могут оказаться значительными. Группа ведущих нейробиологов сказала в 2005 году:

«Сложность человеческого мозга и, вероятно, других областей нервной системы проистекает из некоторых особенностей ее организации, которые используют перестановки десятков интегративных[246] переменных и тысяч или миллионов переменных коннективности и, возможно, интегративных эмерджентов[247], которые еще предстоит открыть. Ответы простираются далеко за пределы объяснения с помощью нейрона, действующего как единая функциональная единица» [56].

Десять лет спустя Рафаэль Юсте из Колумбийского университета также утверждал, что нейронная доктрина в настоящее время если не устарела, то по крайней мере дополнена. Многие зоны мозга, по-видимому, организованы по принципу сетей, к примеру, наборы тормозящих нейронов, которые, согласно Юсте, «часто связаны друг с другом щелевидными соединениями, как будто были придуманы для работы единым целым». И способность некоторых тормозящих нейронов передавать нейромедиаторы тканям, а не просто выпускать их в синапс, предполагает, что они «по-видимому, предназначены для распространения “покрова торможения” (blanket of inhibition) на возбуждающие клетки» [57]. Далее Юсте указал на отдельные примеры функций, возникающих в результате активности нейронной сети, которые не могут быть идентифицированы на уровне единичных клеток. Например, как было показано в отчете 2012 года об активности клеток в мозге мыши, перемещавшейся по виртуальному лабиринту [58]. Паттерн активации в сети может объяснить поведение мыши, но активность нейронов по отдельности – нет.

Хотя Юсте утверждал, что необходимо разработать теорию функционирования нейронных цепей, он, как и его предшественники, не знал, какими могут быть следующие шаги. Нейробиолог лишь настаивал на том, что простой регистрации данных, полученных из множества нейронных сетей, будет недостаточно – объяснение не возникнет как по волшебству. Вместо этого, вероятно, потребуется учитывать все уровни системы: от молекулярного, через активность отдельных клеток, до поведения всей цепи и поведенческой реакции для того, чтобы полностью понять исследуемый феномен [59]. Идея, возможно, верная, но мы еще мало знаем. Здесь нет вины Юсте – неспособность выйти за рамки общих принципов типична для современных представлений о работе мозга. У нас нет ни соответствующей теоретической базы, ни экспериментальных данных, которые могли бы указать на ответ. Мы еще не представляем, как сделать следующий шаг.

Одним из возможных исключений является работа Дьерджи Бузаки, пытавшегося применить идеи Хебба о клеточных ансамблях к современным данным, в частности с точки зрения флуктуирующих[248] взаимодействий между нейронными сетями во время мозговой активности [60]. Эта мысль привела его к аргументации гипотезы, которую он назвал «вывернутым наизнанку» взглядом на мозг. Мозг ученый рассматривает как систему для принятия решений, а не просто место сбора и обработки информации. Деятельность клеточных ансамблей должна рассматриваться с позиции результатов их деятельности и последствий этой деятельности для организма, а не просто создания представления-проекции внешнего мира.

Правда, несмотря на то, что концепция Бузаки может рассмтриваться как часть общего осознания того, что мозг не является пассивной структурой, она еще не получила широкого признания.

Все более популярными в области нейроисследований становятся сложные математические вычисления, которые позволяют уменьшить множество измерений, присутствующих в богатых наборах данных. Описывая информацию в терминах того, что на профессиональном языке называется «низкоразмерными аттракторными[249] многообразиями» (low-dimensional attractor-like manifolds), ученые утверждают, что могут выявить различные состояния в деятельности данной сети и видеть, как система переходит из одного состояния в другое, когда животное находится под влиянием стимула [61]. Такой популяционный подход к деятельности нейронных сетей одновременно является амбициозным и даже желанным, так как дает возможность описать деятельность нейроных сетей у многих животных, мозг которых состоит из невообразимо большого количества нервных клеток и связей между ними [62]. Однако исследования уводят нас далеко от компонентной нейронной активности, и подход в целом носит описательный характер. Ряд испытаний недавно показал, что такие методы могут привести к более функциональному пониманию. Основой обучения является пластичность отдельных синапсов. Если рассматривать их на уровне сложного поведения, управляемого мозгом, то функция пластичности может выражаться в возможности нейронной сети генерировать новые паттерны активности. Хотя активность отдельных нейронов может быть весьма изменчивой во времени, активность синхронно возбуждаемой сети может быть очень стабильной. Более того, кажется, что существуют четкие параллели между подобными исследованиями и тем, как мозг на самом деле производит и контролирует движение [63].

* * *

Одна из проблем в анализе работы мозга – сложность, которая обнаруживается в поведении даже простейших нейронных цепей. Такой урок был извлечен из работы Ив Мардер, американского нейробиолога из Брайденского университета, которая посвятила свою блестящую научную карьеру изучению желудка ракообразных [64]. Эта структура перемалывает пищу, используя два ритма, сформированных примерно тридцатью нейронами (точное число отличается от вида к виду) и организованных в три цепи. Каждая содержит пример генератора центральных паттернов упорядоченной активности[250] – набора биологических компонентов, спонтанно запускающего многократную реакцию в отсутствие сенсорного стимула и, прежде всего, без признаков того, чтобы данный ритм был задан снаружи или внутри какой-либо отдельной клетки [65]. Ритм возникает из активности сети.

Одна из проблем в анализе работы мозга – сложность, которая обнаруживается в поведении даже простейших нейронных цепей.

Несмотря на наличие четко установленного коннектома из тридцати с лишним нейронов, участвующих в так называемом стоматогастральном ганглии[251] ракообразных, группа Мардер не нашла точного объяснения, как именно функционируют даже небольшие части данной системы. Трудности, связанные с пониманием таких, казалось бы, простых генераторов центральных паттернов, были выявлены уже давно. В 1980 году нейробиолог Аллен Селверстон опубликовал широко обсуждаемую статью под названием «Понятны ли генераторы центральных паттернов упорядоченной активности?», где утверждал, что ключевой проблемой является выявление природы и функций компонентов в подобных нейронных цепях [66]. Несмотря на увеличение вычислительной мощности техники моделирования и более высокий уровень точности приборов, идентифицирующих и регистрирующих активность нейронов, ситуация продолжила усугуляться в течение последних сорока лет.

Работа Мардер продемонстрировала, что активность нейронов может быть изменена с помощью нейромодуляторов – нейропептидов и других соединений, которые выделяются наряду с нейромедиаторами и функционируют как относительно медленно действующие мини-гормоны, локально изменяющие активность соседних нейронов [67]. Кроме того, на работу каждого нейрона влияет не только его идентичность (то есть гены, определяющие его положение и функцию), но и его предшествующая активность [68]. У червей-нематод нейромодуляция также может объяснить длительные индивидуальные различия в поведении между животными с одинаковыми картами нейронных связей – личностью, если хотите [69]. Один и тот же нейрон у разных животных также может проявлять очень разные паттерны активности. Характеристики каждой клетки могут быть очень пластичными, поскольку со временем она меняет свой состав и функцию. Как выразилась Мардер, нейрон подобен самолету, который летит на высоте и одновременно заменяет свои готовые компоненты запчастями, созданными прямо на борту [70]. Не многие компьютеры способны на такое.

Оказывается, тесной связи между структурой нейронной цепи и конкретной реакцией, о которой долгое время говорили многие нейробиологи, не существует. Используя компьютерное моделирование реальных электрофизиологических данных, группа Мардер показала, что есть множество различных наборов активности в отдельных нейронах, которые могут производить сходную общую активность, когда соединены вместе [71]. Вы не можете просто предположить, что одинаковое поведение задействует одну и ту же структуру или один и тот же паттерн нейронной активности. Кроме того, функция цепи может переключаться из одного режима в другой, поскольку множественные связи между одной и той же парой нейронов изменяются в результате активностью клеток в цепи. Одна и та же сеть может порождать абсолютно разное поведение, в то время как одно и то же поведение может быть произведено абсолютно разными цепями [72]. Десятилетия работы над коннектомом нескольких десятков нейронов, образующих генератор центральных паттернов в стоматогастральной системе омара, с использованием методов электрофизиологии, клеточной биологии и обширного компьютерного моделирования не дали исчерпывающего объяснения, как возникают ее ограниченные функции [73]. Этот жестокий, разочаровывающий факт очень показателен по отношению ко всем утверждениям о мозге.

Один и тот же нейрон у животных может проявлять разную активность.

Даже функция таких цепей, как обнаруживающие ошибки клетки сетчатки Барлоу – простой, хорошо изученный набор нейронов с интуитивно понятной функцией, – не полностью ясна на вычислительном уровне. Существуют две конкурирующие модели, которые объясняют, что делают клетки и как они связаны между собой (одна построена на примере долгоносика, другая – кролика). Сторонники этих моделей бьются над ними уже более полувека, а вопрос до сих пор не решен [74]. В 2017 году сообщили о коннектоме нейронного субстрата для обнаружения движения у дрозофилы, включая информацию о том, в каких синапсах было отмечено возбуждение, а в каких – торможение [75]. Даже это не внесло ясности, какая же из двух моделей верна.

Коннектома недостаточно, чтобы объяснить, как работает вся система. Характеристика 302 нейронов нервной системы червя-нематоды помогла обнаружить нейроны, участвующие в порождении различных видов поведения, включая поиск пищи, кормление и откладывание яиц. И все же, поскольку функциональная карта червя являлась просто анатомическим описанием, было невозможно узнать, как именно взаимодействуют эти клетки. Понимание химических и электрических связей между нейронами необходимо для построения гипотез и проверки многих альтернативных функциональных выходов нейронных цепей.

У червя-нематоды были обнаружены нейроны для поиска пищи, кормления и откладывания яиц.

В будущем такие исследования, возможно, позволят составить функциональные карты ограниченных областей мозга млекопитающих. В недавней реконструкции крошечной части мозга мыши, проведенной исследователями из Института Макса Планка в Германии, использовали искусственный интеллект и сто студентов-аннотаторов для выявления подтипов тормозящих и возбуждающих нейронов по данным коннектомики. Сложность, которая была обнаружена, была ошеломляющей. Маленькая часть мозга, которую они изучали, составляла чуть меньше 1/10 миллиметра с каждой стороны. Было всего 89 нейронов, клеточные тела которых располагались в этом пространстве, что составляло менее 3 % от общей наблюдаемой «проводки» около 70 мм длиной. Но рядом с данными клетками было втиснуто 2,7 м связующих «проводов» от других нейронов, тела которых были расположены вне исследуемой области. В общей сложности исследуемая крошечная область мозга мыши имела 6979 пресинаптических и 3719 постсинаптических участков, в каждом из которых было по крайней мере 10 синапсов, что составляло в общей сложности 153 171 синапс.

Вспомните, что во всем мозге мыши насчитывается около 70 миллионов нейронов [76].

Проблема понимания принципов функционирования даже простых нервных систем огромна. Группа Мардер показала, что генераторы центральных паттернов упорядоченной активности у разных крабов одного и того же вида, с точно такой же функциональной картой, могут по-разному реагировать на изменения кислотности. А отдельные черви-нематоды, с одним и тем же коннектомом, на одном и том же уровне развития, производят отличающиеся изменения активности электрических синапсов в ответ на голодание, что приводит к поведенческой пластичности и различным реакциям [77]. Не все черви, несмотря на их идентичную на первый взгляд роботоподобную структуру, ведут себя одинаково, в отличие от набора машин с одинаковыми электрическими схемами.

В мозге мыши насчитывается около 70 миллионов нейронов.

В 2015 году многонациональная группа под руководством Мануэля Циммера в Вене измерила активность около 130 сенсорных и моторных клеток в области головы червя [78]. Исследователи не обнаружили мозга у животного, но выяснили, что волны активности передаются по нервной системе, активируя различные группы нейронов – цепи, которые участвуют в определении скорости движения, например, даже если животное обездвижено. Как выразились в отчете, «внутреннее представление о поведении сохраняется, даже когда оно непосредственно не выполняется». Другими словами, червь думал о движении. Интересно, что, несмотря на результаты, полученные в ходе экспериментов на более сложных животных, группа не обнаружила каких-либо одноклеточных представлений сенсорных стимулов (осязание, запах) за пределами непосредственной рецепторной клетки. На данный момент у червя нет «бабушкиных клеток».

* * *

На момент написания этой книги единственным полноценным коннектомом мозга на уровне синапсов (за исключением червя-нематоды) был коннектом личинки асцидии. Она является представителем класса хордовых, поэтому, несмотря на внешность, более тесно связана с вами и мной, чем с беспозвоночным [79]. В ее крошечном мозге всего 177 нейронов и 6618 синапсов, и все же даже в столь маленькой структуре есть левосторонняя асимметрия, хотя количество клеток по обе стороны ее мозга одинаково. Следующим шагом в усложнении коннектома, вероятно, будет завершение изучения мозга на клеточном уровне у насекомого, исследованиям которого я посвятил большую часть своей карьеры, – личинок дрозофилы. В течение многих лет команда ученых из двадцати девяти лабораторий по всему миру под руководством Альберта Кардоны из Исследовательского кампуса «Джанелия» и Кембриджского университета медленно описывала карту синаптических связей мозга личинки.

Анализ изображений срезов с помощью электронного микроскопа – очень кропотливый процесс, даже с использованием современных компьютеров, так что на данный момент мы располагаем информацией только об одной личинке. Исследователи уже знают, что даже среди личинок наблюдаются различия между особями, поэтому выявленная связь, как и геном, не будет давать полной и достоверной информации о каждом представителе вида. Как и в случае с геномом, межиндивидуальные вариации не являются помехой, это захватывающий источник и объяснение различий в поведении, а также они могут раскрыть эволюционную историю вида. Нам нужно понять, как и почему у разных людей формируются различные связи и каковы последствия этого процесса с точки зрения функции мозга.

Одним из методов, способных дать некоторое представление о данном вопросе, является транскриптомика одиночных клеток (еще одно слово на «-омика», относящееся к активности генов в клетке). Исследователи недавно описали идентичность 30 000 нейронов мозга мыши, идентифицировав их частичный транскриптом на основе активности 1000 генов [80]. С точки зрения техники это высший пилотаж, но он тем не менее лишь подтвердил верность принципа: геном мыши содержит более 20 000 генов, кодирующих белок (немного больше, чем у человека[252]), в то же время в мозге мыши находится около 70 миллионов нейронов, поэтому в исследовании рассматривалось 4 % генов мыши и, возможно, 0,04 % нейронов ее мозга. Однако данное исследование подтверждает, что в итоге будут доступны новые способы классификации всех нейронов в мозге, не только на основе их строения и расположения, но и генов, которые в них экспрессируются.

«Многие ученые считают, что мы тонем в потоке данных о структуре мозга, в то время как на самом деле нам нужны более четкие теории и идеи о том, как все это сочетается».

Одна группа исследователей уже смогла определить профиль активности генов отдельных нейронов в зоне мозга мыши, известной как преоптическая область гипоталамуса, и связать выявленные различия с поведением. А другие ученые установили, что в двух областях коры мыши находятся 133 различных типа клеток, идентифицируемых по генам, а не по своему строению [81]. В некотором смысле эти 133 типа отражают различные функции, поскольку указывают на то, что клетки определенного типа реагировали на окружающую среду сходным образом, активируя и деактивируя заложенные в них гены. Это показало, например, что некоторые нейроны, использующие нейромедиатор глутамат, имеют особый профиль активности генов, который связан с их дальнодействующими связями в мозге. А транскриптомное профилирование позволило исследователям выявить два новых типа нейронов, участвующих в контроле движения [82].

Неясно, приведет ли такое детальное изучение к углубленному пониманию или просто позволит собрать больше информации. Многие ученые считают, что мы тонем в потоке данных о структуре мозга, в то время как на самом деле нам нужны более четкие теории и идеи о том, как все это сочетается. Как отмечал в 1998 году пионер нейробиологии Вернон Маунткасл: «Само по себе знание структуры не дает прямого понимания динамической функции. Вопросы “где?” и “как?” не тождественны» [83].

Хотя утверждение Маунткасла, безусловно, верно, новейшие функциональные карты благодаря современным методам представляют собой уже не просто схемы – они также могут быть инструментами для исследования функции. Так, например, в мозге личинки дрозофилы одновременно пытаются найти ответы на вопросы «где?» и «как?». На момент написания книги коннектом из 10 000 нейронов, составляющих мозг личинки, был завершен на 70 %. Существующий проект описывает поразительные два метра нейронов и 1,36 миллиона синапсов. Окончательный проект, вероятно, будет содержать информацию примерно о 2 миллионах синапсов – все они упакованы в структуру размером с точку над буквой i. Из-за того, что клетки нашли с помощью генетических методов, эта предварительная карта «где?» была использована группой Марты Златик в исследовательском кампусе «Джанелия» для поиска ответа на вопрос «как?». Нейронные основы важнейших поведенческих реакций, контролируемых мозгом личинки (например, отскакивание от острого укола или питание), – помогли элегантно описать функции каждого компонента системы [84]. Также значительную пользу может принести изучение изменения активности отдельных нейронов. Собираются данные о транскриптомике одиночных клеток, иллюстрирующие, как трансформируется работа нейронных сетей в мозге личинки под влиянием различных стимулов.

Несмотря на впечатляющий прогресс и многообещающие гипотезы, мне кажется, что, наверное, пройдет не менее полувека, прежде чем мы наконец поймем мозг личинки. То есть сможем полностью смоделировать его работу и точно предсказать, как изменение активности одного нейрона повлияет на всю систему в самых разнообразных условиях. Фактически, мы можем быть все так же далеко от понимания человеческого мозга. Не все так пессимистичны. В 2008 году Джерри Рубин, создатель исследовательского кампуса «Джанелия», где координируется большая часть работы над коннектомом дрозофилы, предположил, что понимание мозга взрослой мухи – значительно более крупного и сложного, чем мозг личинки, – займет около двадцати лет. А что потом? «После того, как мы решим эту проблему, я бы сказал, что мы прошли одну пятую часть пути к пониманию человеческого разума», – сказал он [85].

Предпринимаются первые шаги по созданию наборов картографических инструментов, которые позволяют исследователям идентифицировать нейроны и манипулировать ими в мозге позвоночных, как у мыши, так и у рыбки данио-рерио [86]. Подобные методы еще не привели к созданию полноценного коннектома мозга, но прокладывают путь в будущее, когда функциональные карты мозга будут включать способы манипулирования отдельными клетками, а также отслеживания образующихся связей.

«Мозг есть не только у людей, мышей, мух и червей».

Тем не менее есть много причин полагать, что выводы, предоставляемые одним коннектомом, могут быть ограничены. Чтобы в полной мере получить пользу от таких исследований, нам нужно более одного коннектома. Исследования дрозофилы показывают, что случайные эффекты развития вызывают крошечные различия в зрительной системе каждой мухи. Эти различия обусловливают то, как отдельные особи будут реагировать на объекты. Значимы не только межиндивидуальные различия; эволюционный и сравнительный подход будет необходим для того, чтобы показать, что в любой карте является общим, а что частным.

В 2016 году французский нейробиолог Жиль Лоран выступил за введение в коннектомику сравнительного, межвидового подхода, чтобы изучить общие механизмы и алгоритмы у самых разных животных [87]. Верная своему слову, группа Лорана, ранее занимавшаяся насекомыми, опубликовала сравнительное исследование транскриптов на клеточном уровне коры головного мозга черепах, ящериц, мышей и людей [88]. Тем временем другие исследователи использовали высокоуровневые коннектомы для сравнения мозга людей и макак, как это рекомендовали Крик и Джонс четверть века назад.

Обосновывая призыв к более широкому подходу в понимании мозга, Лоран процитировал точку зрения русского физика XX века Якова Френкеля[253]:

«Хорошая теория сложных систем должна представлять лишь хорошую “карикатуру” на эти системы, утрирующую те свойства их, которые являются наиболее типическими, и умышленно игнорирующую все остальные – несущественные – свойства…»[254]

Единственная загвоздка с прекрасным советом заключается в том, что до тех пор, пока человек не поймет изучаемые явления, он не знает, какие детали несущественны. Следовательно, необходимо исследовать широкий спектр моделей, а не сосредотачивать свою жизнь (или свое теоретическое понимание) только на одной конкретной модели [90].

Мозг есть не только у людей, мышей, мух и червей.

* * *

Исследователи, работающие над различными проектами коннектомов, хорошо осведомлены об этих проблемах. В 2013 году Джошуа Морган и Джефф Лихтман исследовали «десять главных аргументов против коннектомики», многие из которых были изложены выше [91]. В большинстве случаев их ответ на каждый из этих контраргументов был принципиально одинаковым и вполне обоснованным. Они утверждали, что даже если теория функции мозга не будет просто исходить из карты нейронных связей, детальная нейроанатомия, сопровождаемая и обеспечивающая основу для сложных электрофизиологических измерений, очевидно, улучшит наше понимание функции мозга. Согласно их словам, созвучным идеям Крика и Джонса, высказанным двумя десятилетиями ранее, «нейробиологи не могут претендовать на понимание мозга, пока карты не выйдут на уровень масштабных нейронных сетей».

Самым удивительным в статье Моргана и Лихтмана было возражение против коннектомов, выдвинутое ими на первое место. Ученые привели цитату из радиоинтервью с Фрэнсисом Коллинзом, главой Национальных институтов здравоохранения (NIH). Коллинз жаловался на статическую природу представлений коннектома: «Это похоже на то, как если бы вы взяли ноутбук, сняли крышку и уставились на детали внутри, вы могли бы сказать: да, вот это связано с тем, но так или иначе вы не знаете, как все это работает» [92].

Ни Коллинз, ни Морган, ни Лихтман не признавали этого, но это можно было рассматривать модифицированным вариантом «мельницы Лейбница», обновленным для эпохи компьютеров. Проблема с таким контраргументом, как и с оригинальной версией мысленного эксперимента Лейбница, заключается в том, что, хотя простое наблюдение компонентов и их взаиотношений не объясняет работы системы, описание характера связей между составляющими и их взаимовлияния действительно обеспечивает фундамент для объяснения того, как функционирует вся система. Другое дело, объяснит ли это природу сознания, изначальную цель аргументации Лейбница.

Следовательно, чтобы постигнуть работу мозга, требуется нечто большее, чем карта, будь она хоть сколько-нибудь функциональной. Нам необходимо теоретическое обоснование того, как работают хотя бы некоторые части системы, чтобы верно интерпретировать взаимодействие ее компонентов. Этот подход был одобрен в 1970-х годах британским математиком и теоретиком нейробиологии Дэвидом Марром. Поначалу он «полностью погрузился» в «энергию и волнение» статьи Барлоу о «пяти догмах» 1972 года, но потом интуитивно понял, что «что-то не так». Марр чувствовал, что в подходе Барлоу не хватает понимания общей значимости активности нейронов на уровне цепей. Он писал:

«Предположим, например, что кто-то действительно нашел пресловутую “бабушкину клетку”. Ну и что? Открытие всего лишь доказало бы, что она существует – распознавание рук в эксперименте Гросса сообщает почти то же самое, – но не почему или даже как она может быть построена на основе реакций ранее обнаруженных клеток… Ключевое наблюдение состоит в том, что нейрофизиология и психофизика должны описывать поведение клеток или субъектов, но не объяснять такое поведение» [93].

Это «ну и что?», столкнувшееся с потенциальным открытием «бабушкиной клетки», являлось не просто еще одной модификацией «мельницы Лейбница»; оно было несколько сложнее. Марр от простой регистрации компонентов мозговой деятельности переходит к попыткам вписать их в общую модель. Для этого, утверждал исследователь, нам нужно скопировать основополагающие способности мозга. «Лучший способ узнать, насколько трудно что-то сделать, – попытаться это сделать», – писал он. Именно этому Марр и посвятил свои силы, исследуя, что потребуется для создания машины, способной видеть.

Чтобы постигнуть работу мозга, требуется нечто большее, чем карта.

Идя по выбранному пути, Марр следовал не только за учеными, которые пытались физически смоделировать мозг в 1930-х годах, но и за пионерами эпохи компьютеров, заинтересовавшимися мозгом в 1950-х годах. Эти исследователи породили особую область знания, изменившую научный подход к мозгу и теперь трансформирующую все общество.

12

Компьютеры. 1950-е – настоящее время

На заре компьютерной эры параллели между новой вычислительной техникой и мозгом поражали ученых. В порыве вдохновения они использовали их по-разному. Некоторые игнорировали биологию и сосредоточились просто на том, чтобы сделать компьютеры как можно более умными. Данная область стала известна как искусственный интеллект (ИИ – термин был введен Джоном Маккарти в 1956 году). Но в аспекте понимания мозговой деятельности наиболее плодотворный подход пришел со стороны не тех, кто пытался создать сверхинтеллектуальную машину, а тех, кто пробовал смоделировать функции мозга, изучая принципы построения взаимосвязей в модели – нейронную алгебру, если хотите [1].

Первая попытка смоделировать нервную систему была предпринята в 1956 году, когда исследователи из IBM проверили гипотезу Хебба о том, что нейронные ансамбли являются основной функциональной единицей мозга. Ученые использовали первый коммерческий компьютер IBM, 701, построенный на радиолампах и состоящий из одиннадцати больших блоков, которые буквально заполняли всю комнату (было продано только девять таких агрегатов). Команда смоделировала сеть из 512 нейронов. Хотя эти компоненты изначально не были связаны, они вскоре образовали сетевые узлы, которые спонтанно и волнообразно синхронизировали свою активность, как и предполагал Хебб [2].

Ученый Оливер Селфридж был одним из первых, кто использовал компьютерную модель, чтобы изучить функционирование мозга.

Несмотря на ограниченность весьма грубой модели, ее реализация предполагала, что некоторые аспекты связей нервной системы прямо вытекают из очень простых правил.

Схема системы «Пандемониум»

Одним из первых, кто использовал компьютерную модель, чтобы пролить свет на функционирование мозга, был Оливер Селфридж, математик, один из учеников Винера, близкий к Питтсу, Мак-Каллоку и Летвину. В 1958 году Оливер Селфридж представил иерархическую систему обработки данных под названием «Пандемониум»[255], которая была создана на основе его работы по машинному распознаванию образов. Отправной точкой явилось создание простых единиц («демонов данных»), которые распознали бы элементы в окружающей среде путем сравнения объекта, такого как линия, с некоторым заранее определенным внутренним шаблоном. Затем эти «демоны данных» сообщали бы следующему уровню («вычислительным демонам») о том, что обнаружили. Селфридж объяснил, что происходит потом:

«На следующем уровне вычислительные демоны или субдемоны выполняют некоторые более или менее сложные операции с данными и передают их результаты дальше, демонам понимания, которые, так сказать, взвешивают доказательства. Каждый демон понимания издает крик, и из всех криков демон высшего уровня, демон принятия решений, просто выбирает самый громкий» [3].

Конечным результатом будет то, что сложный признак – скажем, буква – будет распознан демоном принятия решений.

На первый взгляд это всего лишь электронная версия предыдущих иерархических представлений о сенсорной обработке, восходящих к Сми. Но «Пандемониум» отличался – он мог учиться по ходу дела.

Программа постоянно замечала, насколько точно прошла классификации объектов (на начальных этапах эта информация предоставлялась наблюдателями-людьми), используя то, что Селфридж называл «естественным отбором» демонов – они сохранялись, если их классификация была правильной, и при повторном запуске программы система будет совершенствоваться – она могла даже распознавать вещи, хотя не была предназначена для этой задачи [4]. По словам ученого-когнитивиста Маргарет Боден, влияние «Пандемониума» было неизмеримо. Селфридж показал, что компьютерные программы способны моделировать довольно сложные сенсорные процессы и что, если обеспечить соответствующую обратную связь, функции программы могут изменяться с течением времени [5].

Мозг выполняет две взаимосвязанные вещи: интерпретацию и прогнозирование.

В то же время другой американский ученый, Фрэнк Розенблатт, предложил несколько иную модель – «Перцептрон». Он также был сосредоточен на распознавании образов, используя ту же идею гибких иерархических связей – подход, который стал известен как коннекционизм. Розенблатт утверждал, что мозг и компьютер имеют две общие функции – принятие решений и контроль, – обе из которых основаны на логических правилах, как в машине, так и в мозге [6]. Мозг, однако, выполняет еще две взаимосвязанные вещи: интерпретацию и прогнозирование. Все это было смоделировано в «Перцептроне» – «первой машине, которая способна иметь оригинальную идею», как утверждал Розенблатт [7].

На самом деле «Перцептрон», как и «Пандемониум» до него, просто научился распознавать буквы. В случае «Перцептрона» знаки достигали около полуметра в высоту [8]. Решающим отличием было то, что он мог делать это без заранее существовавшего шаблона, используя параллельную обработку – одновременно выполняя различные вычисления, что было очень похоже на мозг. Это не было случайностью: Розенблатт был так же заинтересован в теоретическом объяснении функций мозга, как и в разработке потрясающей для того времени технологии.

СМИ это очень понравилось. Когда в 1958 году спонсор Розенблатта, Военно-морской флот США, объявил о работе ученого, в газете The New York Times провозгласили: «Сегодня военно-морской флот обнаружил зачаток электронного компьютера, который, как ожидается, сможет ходить, говорить, видеть, писать, воспроизводить себя и осознавать свое существование» [9]. Эти громогласные заявления исходили не от перевозбужденного журналиста, а от самого Розенблатта. Один ученый вспоминал об исследователе: «Он был мечтой агента по печати и рекламе, настоящим шаманом. По словам Розенблатта, “Перцептрон” был способен на фантастические вещи. А может, так оно и было. Но вы не смогли бы доказать это работой, которую проделал Фрэнк» [10].

Несмотря на разудутую шумиху в прессе, Розенблатт довольно спокойно относился к истинному значению «Перцептрона». В докладе 1961 года «Принципы нейродинамики» он отмечал:

«“Персептроны” не предназначены для того, чтобы служить детальными копиями какой-либо реальной нервной системы. Они представляют собой упрощенные сети, разработанные для изучения закономерных отношений между структурой нервной сети, устройством ее окружения и “психологическими” характеристиками, на которые способна сеть. “Персептроны” могут фактически соответствовать частям более широких сетей в биологических системах… Скорее всего, они представляют собой крайне упрощенную модель центральной нервной системы, в которой одни свойства преувеличены, а другие подавлены» [11].

К середине 1960-х годов эксперты признали, что даже «Перцептрон» не так хорош, как его превозносят [12]. В 1969 году пионер в области искусственного интеллекта Марвин Минский вместе со своим коллегой Сеймуром Пейпертом опубликовали книгу, в которой резко критиковали модель «Персептрона». Они представили математический анализ мощности искусственной нейронной сети Розенблатта, который наводил на мысль, что подобный подход был тупиковым как для ИИ, так и для понимания мозга. Из-за того, как были построены перцептроны[256], по их внутренней структуре нельзя было отсеживать то, чему они научились [13]. После этой критики и замедления прогресса, показанного данными моделями, американское финансирование коннекционизма иссякло, а поле деятельности свернулось [14]. Розенблатт, переключивший свое внимание на феномен переноса обучения, кульминацией которого стало фиаско со скотофобином, погиб в результате несчастного случая на лодке в 1971 году, в свой сорок третий день рождения.

Схема «Перцептрона» Розеблатта

Несмотря на неудачи как «Пандемониума», так и «Перцептрона» в создании идей, которые могли бы быть применены к системам распознавания биологических паттернов, обе программы изменили представление исследователей о мозге. Они показали, что любое эффективное описание человеческого или машинного восприятия должно включать существенный элемент пластичности. Поэтому модели нейронных сетей совершенно отличались от старых вариантов, основанных на метафорах механики или гидравлики. Кроме того, существовала многообещающая параллель между структурой коннекционистских программ и открытием Хьюбела и Визеля иерархической организации простых детекторов признаков, которое повлияло на идею Барлоу 1972 года о «кардинальских клетках». Для некоторых это означало, что новые модели не просто метафорически объясняли, как работает мозг. Они действительно открывали реальные механизмы.

* * *

Когда волнение по поводу «Пандемониума» и «Перцептрона» утихло, Дэвид Марр разработал другой подход в создании вычислительных моделей функционирования мозга. Ученый уже заслужил прочную репутацию в Кембридже, опубликовав ряд статей, где объявлял, что открыл принципы работы мозга. Вскоре Марр открестился от своих математических моделей, назвав их «простым комбинаторным трюком», поскольку понял, что требуется нечто совершенно иное [15]. В 1973 году Марр перешел в Массачусетский технологический институт в Бостоне, чтобы работать с Минским. Его целью было создать машину, способную видеть, которая помогла бы выяснить, как функционирует человеческое зрение. Четыре года спустя у Марра обнаружили лейкемию, и он поспешно приступил к написанию книги под названием «Зрение», которая должна была обобщить его идеи. В предисловии ученый пишет: «В декабре 1977 года произошли события, вынудившие меня написать эту книгу на несколько лет раньше, чем я собирался это сделать»[257] [16]. Марр умер в 1980 году в возрасте тридцати пяти лет. «Зрение» было опубликовано в 1982 году [17].

Возможно, осознание приближающейся смерти придало произведению Марра более грандиозную перспективу, чем могли бы гарантировать детали модели зрения. Он поместил свою теорию работы мозга в гораздо более широкий этический контекст, рассказав нам кое-что о том, как мы эволюционировали, и о происхождении наших самых глубоких убеждений о влиянии естественного отбора:

«Утверждение, что мозг – это компьютер, корректно, но вводит в заблуждение. Мозг действительно узкоспециализированное устройство обработки информации, или, скорее, самое крупное из них. Рассмотрение нашего мозга как устройства обработки данных не принижает и не отрицает человеческие ценности. В любом случае оно только поддерживает их и может, в конце концов, помочь нам понять, чем из такой информационной точки зрения являются человеческие ценности, почему они имеют выборочное значение и как они увязываются с социальными и общественными нормами, которыми обеспечили нас наши гены» [18].

Говорили, что из-за сложности расчетов работы Марра чаще цитировались, чем понимались[258]. Шутка свидетельствует о том, что значимость исследования Марра заключается не в точных деталях его вычислительных моделей зрения – даже его самые ярые сторонники признают, что большая часть книги сейчас скорее представляет исторический интерес, – но в его целостном подходе [19].

В отличие от Барлоу Марр не считал, что активность отдельных нейронов может объяснить, как функционируют целые сети и как работает восприятие. Марр в немного резком тоне писал о своем методе:

«Попытки понять зрительное восприятие, изучая лишь нейроны, подобно попытке понять полет птицы, изучая лишь ее перья. Это просто невозможно. Чтобы понять полет птицы, нам необходимо понять аэродинамику, и только потом структура перьев и различные формы птичьих крыльев будут иметь для нас какое-то значение»[259] [20].

Подход Марра к пониманию того, как та или иная функция выполняется в мозге (или компьютере), включал разделение задачи на три части. Во-первых, решаемая проблема должна быть сформулирована логически. Теоретический шаг определяет, будет ли проблема исследоваться экспериментальным путем или смоделируется. Во-вторых, необходимо определиться со способом представления входных и выходных данных системы, а также описанием алгоритма, который мог бы перевести систему из одного состояния в другое. Наконец, требуется объяснить, как второй уровень может быть реализован физически – в случае мозговой деятельности, в нервной системе. Марр предполагал, что ограничения в создании сети, способной видеть, будь то машина или мозг, в основном будут схожими и, следовательно, приведут к использованию аналогичных алгоритмов, даже если обнаружатся существенные различия в том, как эти алгоритмы были реализованы – во плоти или в железе.

Он утверждал, что, решив проблему машинного зрения, мы сможем лучше контролировать собственное.

Ученый Марр утверждал, что, решив проблему машинного зрения, мы сможем лучше контролировать собственное.

Марр опирался на открытия Хьюбела и Визеля касательно идей о том, как можно идентифицировать нечто столь простое, как линия края. Но его подход включал гораздо более богатую вычислительную схему, чем простая иерархия, склеивавшая кусочки линии вместе и заполнявшая шаблон, как в «Пандемониуме» или «Перцептроне». В 1976 году Марр, на встрече в Колд-Спринг-Харбор, сказал: «Этот контур не обнаруживается, он строится» [21]. Такая точка зрения, восходящая к Гельмгольцу, подчеркивает, что мозг – это не просто пассивный наблюдатель, получающий сенсорную информацию. Восприятие включает в себя сборку и интерпретацию входящих стимулов. Подобный подход необходим для любой модели зрения, поскольку ничего не произойдет, если машина (или сетчатка) просто идентифицирует количество света и тени в каждой точке изображения. На это способна камера, но камеры не могут видеть.

Несмотря на значимые прозрения, машинный подход Марра не изменил нашего понимания машинного зрения и понимания того, как видит мозг. Исходя из того, что известно о процессах, происходящих в зрительной коре, мозг и компьютер не имеют одинаковых алгоритмов [22]. Также проблемой является то, что специфический подход Марра к исследованию зрения не может быть обобщен и перенесен на другие аспекты функции мозга.

Хотя было многое достигнуто в области компьютерного распознавания лиц и других методов искусственного анализа сцен, машинное зрение еще далеко отстоит от того, что происходит в вашей голове прямо сейчас. А наши представления о точных процессах зрительного восприятия в мозге человека все еще недостаточно полные. Все согласны с тем, что в мозге должна быть какая-то символическая репрезентация окружающего мира, но никто не знает, как именно это происходит. В тридцатую годовщину публикации «Зрения» Кент Стивенс, один из учеников Марра, проанализировал вклад в науку своего научного руководителя. Он пришел к выводу, что, даже если роль символической репрезентации в зрении несомненна, «мы не до конца понимаем место символических систем в биологическом зрении» [23]. С данной проблемой, возможно, столкнулись в результате изучения клеток, распознающих лица, в мозге обезьяны.

В 2017 году два исследователя из Калифорнийского технологического института, Ле Чанг и Дорис Цао, показывали макакам различные лица и изучали реакции отдельных нейронов в их мозге [24]. Клетки идентифицировали пятьдесят измерений лица (каждое измерение состояло из множества физических признаков), причем каждый нейрон интересовался только одним из этих измерений. Чтобы показать, как собранная информация может быть объединена для получения полной общей картинки, Чанг и Цао перенесли ответы от 200 нейронов на серию фотографий. Затем ученые использовали компьютер для точной реконструкции исходных изображений на основе электрической активности этих нейронов. Интересно, что они не нашли никаких доказательств существования у обезьян «клетки Дженнифер Энистон», или, как они выразились, «детекторов для идентификации конкретных особей». Вместо этого, согласно исследованию другой группы, в височной доле мозга обезьян, видимо, есть область, которая участвует в распознавании лиц знакомых особей [25].

Процесс распознавания лиц у людей очень отличается от алгоритмов распознавания лиц, которые позволяют смартфону идентифицировать вас.

Цао, краткая твиттер-автобиография которой гласит, что она «кортикальный геометр», подозревает, что тип извлечения признаков, который она смогла выявить в отношении распознавания лиц, может быть общим процессом, происходящим в зрительной коре. «Мы полагаем, что вся нижне-височная кора может использовать одну и ту же организацию в сети связанных участков и один и тот же код для всех типов распознавания объектов» [26]. Нынешняя задача исследовательницы состоит в том, чтобы попытаться изучить нейронную основу зрительных иллюзий, таких как хорошо известная иллюзия «Ваза Рубина»[260]. Как указывает Цао, десять лет назад никто даже не знал, с чего начать. Теперь мы знаем. Что касается процесса распознавания лиц у людей (в том числе и лиц своих бабушек), вероятно, что, как и в мозге макаки, у нас существует некая распределенная сеть распознавания лиц [27]. Это очень отличается от алгоритмов распознавания лиц, которые позволяют смартфону идентифицировать вас или службам безопасности просматривать фотографии подозреваемых. Данные алгоритмы полностью адаптированы под сравнение различных строго фиксированных биометрических параметров: расстояние между глазами, форма лица и т. д. Распознавание лиц мозгом гораздо сложнее и абстрактнее и в конечном счете основывается на типах элементов, которые были выявлены Хьюбелом и Визелем, – линии, пятна и так далее – а не анатомических структурах лица и их взаимосвязи. Эти элементы каким-то образом организуются в сложную иерархическую систему общего вида, представленную Марром, которая в равной степени применима к другим особенностям окружающей среды, а не только к лицам.

Недавно, благодаря тревожащему совершенству вычислений и электрофизиологических методов, с которыми группа Маргарет Ливингстон провела эксперимент на обезьянах в Гарварде, были выдвинуты новые предположения о том, чем именно могут быть интересны иерархические клетки. Исследователи проецировали изображения на экран и регистрировали активность отдельных нейронов в нижне-височной коре бодрствующих макак [28]. Пока все шло предсказуемо. Но изображения не были статичными: они были синтетическими, постоянно меняющимися и текучими, «эволюционировали» с помощью алгоритма под названием XDReAM[261], который постоянно менял то, что было представлено обезьяне, чтобы получить максимальную реакцию от клетки. Результаты данного подхода, предложенного десятилетием ранее Чарльзом Эдвардом Коннором[262] и его коллегами, пугают. За более чем сотню итераций эволюционировавшие образы превратились из сероватого чистого листа в призрачные, сюрреалистические версии обезьяньих лиц, с некими объектами, напоминающими глаза, размытые части тела и с различными компонентами в разных положениях.

Искусственные изображения, полученные с помощью алгоритма XDReAM, каждое из которых оптимально стимулировало различные нейроны в зрительной коре обезьян. Предположительно, они выглядели вот так

Именно такими странными образами действительно интересовались нейроны, а не обычными портретами. Если что-то подобное происходило в мозге людей с «клетками Дженнифер Энистон», это означало бы, что нейроны не были настроены на что-то вроде фотографического представления – чтобы вызвать реакцию, фотографии достаточно обладать отдаленным сходством с объектом. Аналогичные, хотя и менее зловещие результаты были получены одновременно исследователями из Массачусетского технологического института, которые применили такую же технику исследования к нейронам в той части зрительной коры обезьян, которая не участвует в распознавании лиц [29]. Эти клетки, казалось, были особенно возбуждены странными, не вполне естественными геометрическими образами, напоминающими какое-то жуткое порождение тяжелой мигрени[263].

Хотя заманчиво представить, что эти странные визуальные «сгустки» представляют собой то, что видит обезьяна, когда смотрит на другую особь, помните, что в процессе восприятия лица задействуются миллионы клеток. И прежде всего, как сказал Барлоу, нет мини-обезьяны, всматривающейся в результаты активности отдельных нейронов.

Каким-то образом восприятие порождается зрительной системой в целом, а не единичным нейроном или даже небольшим их скоплением.

Научно-исследовательская работа на мышах недавно открыла мощный путь к пониманию нейронной основы зрительного восприятия. С промежутком в несколько недель летом 2019 года группа Рафаэля Юсте в Колумбийском университете и команда Карла Дейссерота в Стэнфорде показали, что с применением сложных оптогенетических техник можно воссоздать паттерны активности в мозге мыши, которые формируются во время зрительного восприятия [30]. Когда эти паттерны были искусственно активированы, мышь демонстрировала соответствующее поведение, даже несмотря на отсутствие визуальной стимуляции. В обоих случаях грызунов учили лизать, когда они видели узор из полос. Обе группы использовали несколько разные методы.

Восприятие рождается через зрительную систему в целом, а не определенным нейроном.

Команда Дейссерота точно воспроизводила активность примерно в дюжине нейронов, а команда Юсте сосредоточилась всего на двух тесно связанных нейронах, которые были способны включать в работу ансамбль клеток в зрительной системе мозга. Эти впечатляющие исследования еще не позволяют сказать, были ли паттерны активности действительно зрительным восприятием у мыши или же представляют собой некую необходимую предпосылку для того, чтобы это восприятие возникло через активность других наборов нейронов. Несмотря на десятилетия усилий математиков и нейробиологов, пока что мы лишь смутно понимаем, что происходит с мозгом, когда мы на что-то смотрим.

* * *

В середине 1980-х годов нейробиологи и психологи очень заинтересовались новыми вычислительными подходами, позволив расширить рамки возможностей «Пандемониума» и «Персептрона». Метод, названный параллельной распределенной обработкой (англ. parallel distributed processing, PDP), был анонсирован в двухтомнике, где описывались инновационные компьютерные модели поведения и их потенциальные психологические и нейробиологические эквиваленты [31]. Метод PDP разрабатывался рядом исследователей, включая Дэвида Румельхарта[264], Джеймса Макклелланда и Джеффри Хинтона (ныне ведущего исследователя Google), а также Фрэнсиса Крика. Их работа привела непосредственно к нейронным сетям и глубокому обучению[265], которые преобразовали вычислительную нейробиологию и искусственный интеллект и дают поразительные результаты, регулярно попадающие в журнальные заголовки.

Все сети PDP имеют одну и ту же базовую трехслойную структуру, унаследованную от «Перцептрона»: два из них – это слой входа, который реагирует, когда какая-то функция запускает данный блок, и слой выхода, информирующий внешний мир о завершении работы предыдущих слоев. Магия заключается в промежуточном слое (обычно называемом скрытым), который использует различные системы взаимосвязей и алгоритмы, обычно соответствующие закону Хебба: последующее предпочтение отдается соединениям, активирующимся одновременно.

Способность данных программ имитировать аспекты поведения вызывала, по выражению Фрэнсиса Крика, «пьянящее чувство эйфории» в научном сообществе [33]. Ученый вошел в группу PDP, выпустившую прорывную книгу, хотя позже описал свою роль как «незначительную», а также назвал себя «возмутителем спокойствия» в группе [34]. Эта близость к разработкам не помешала Крику разделить вышеупомянутую «эйфорию». Особенно его искусственная нейронная сеть NetTalk, разработанная Терри Сейновски и Чарли Розенбергом, которая научилась правильно произносить написанные английские слова, – Крик считал, что результат был «впечатляющим». Хотя программа обладала способностью правильно произносить новый текст с точностью до 80 %, она явно не изучала правила английского произношения (в той мере, в какой они существуют) [35].

Двухтомник «Метод PDP» разошелся удивительным для научной книги тиражом более 50 000 экземпляров и стал чрезвычайно популярным.

Способность сети PDP выполнять задачи настолько эффективно в значительной степени основана на использовании так называемого метода обратного распространения ошибки (обычно сокращается как бэкпроп, от англ. backprop, back propagation), который включает информацию, идущую между слоями в обоих направлениях в форме петли обратной связи. Это позволяет программе совершенствовать свое поведение, что быстро приводит к более точному результату. Военные и научные спонсоры вскоре пришли в восторг от таких возможностей, и исследования в последующие десятилетия, вкупе с ростом вычислительной мощности, привели к нынешнему массовому интересу к данной теме со стороны частных корпораций, таких как Google. С самого начала, когда эти алгоритмы были запущены, они начали жить собственной жизнью, давая неожиданные результаты. Эта особенность, обусловленная способом настройки алгоритмов в скрытом слое, может сильно разочаровывать, если, к примеру, «слетит» программное обеспечение или просто потерпит неудачу (таких примеров, должно быть, легион, хоть мы и мало слышим о них). Программа также способна преподносить и приятные сюрпризы. Один из самых ранних алгоритмов PDP был создан Румельхартом и Макклелландом, чтобы моделировать изучение прошедших времен английских глаголов. Программа успешно выполнила задачу, но изначально неверно поняла правила, которые разработала для правильных глаголов, и перенесла их на неправильные, точно так же, как дети в процессе обучения. Например, она выдала результат go/goed, несмотря на то что в начале выучила корректную форму этого неправильного глагола (go/went) [36].

Нечто еще более экстраординарное произошло в 2012 году, когда Google создала программу, содержащую 1 миллиард соединений, которая работала в течение трех дней на 1000 машинах и анализировала 10 000 000 изображений из различных видео на YouTube. У нее не было ни предустановленных шаблонов, ни каких-либо спрогнозированных результатов [37]. И все же за время многочасовой активности программа создала особые единицы, реагирующие на морды кошек. Виртуальная «бабушкина клетка» для виртуальных кошек. Это не было предполагаемым результатом проекта – программа не смотрела на фотографию кошки и затем не выдавала реакцию, потому что ей было сказано искать кошек. Изображения предоставлялись в виде одномерного потока информации, и программа просто училась распознавать последовательности данных, которые регулярно встречала в обучающем наборе видео с YouTube. Следовательно, это были кошки. Последовательности данных соответствовали бы компонентам кошачьей морды – глазам, треугольным ушам и т. д., – что повторялось во всех видео. Необходимо взглянуть на этот экстраординарный результат с определенной точки зрения.

Для наивного человека вроде меня кошачья «сущность», обнаруженная программой, не вызывает восторга. И при тестировании на новом наборе изображений программа правильно идентифицировала кошек только в 16 % случаев (существенное улучшение по сравнению с предыдущими значениями, но все же).

Программа использовала новейшую нейротехнологию – сеть глубокого обучения. Именно эти системы стояли за многими выдающимися прорывами в области компьютерных технологий, задачами, которые, когда я был студентом, были отвергнуты как невозможные для машины: распознавание лиц, анализ сцен, вождение автомобиля, распознавание естественного языка, перевод, игры, как шахматы или го[266], и так далее. Системы глубокого обучения отлично умеют идентифицировать содержание огромных массивов данных, в частности о природных объектах, например о кошках. В последнее время сети глубокого обучения были усовершенствованы неким образом, намекающим на принципы утройства мозга, – введением модуля, который может запоминать. Эта идея, впервые разрекламированная в 1997 году, называется «долгая кратковременная память» (long short-term memory, LSTM), и она значительно повышает скорость и эффективность глубокого обучения, позволяя машинам извлекать информацию поистине замечательно [38].

В 2018 году исследователи из Университетского колледжа Лондона и Google использовали глубокое обучение и lSTM для отслеживания положения виртуальной крысы в виртуальном пространстве. К своему удивлению, во время выполнения программы они наблюдали спонтанное появление шестиугольных паттернов активности, очень схожих с теми, что наблюдаются в нейронах решетки[267], составляющих основу нейронов места в гиппокампе у млекопитающих. Еще более впечатляет то, что работа смоделированных клеток использовалась смоделированной крысой для навигации по виртуальному лабиринту, включая выбор коротких путей, которые, по словам авторов, «напоминали те, которые используют млекопитающие» [39].

Безусловно, это удивительные и неожиданные результаты. Но одного лишь факта, что программа способна генерировать нечто похожее на поведение, порождаемое мозгом, недостаточно, чтобы заявить, будто обе системы имеют общую структуру или функцию. Как показала работа Ив Мардер, один и тот же результат может быть порожден множеством совершенно различных структур. Малоэффективным оказалось и предположение Марра о том, что одни и те же алгоритмы могут быть задействованы в искусственных и естественных процессах: алгоритм, изучавший формы прошедшего времени английских глаголов, не пролил никакого света на то, как дети овладевают языком.

Системы глубокого обучения отлично умеют идентифицировать данные, например о кошках.

Недавняя попытка сравнить, как животные и сети глубокого обучения идентифицируют визуальные объекты, подтвердила догадки многих биологов. Хотя машина, обезьяна и человек были способны распознать изображения собак, медведей и так далее, компьютерная программа совершала ошибки, кардинально отличавшиеся от тех ошибок, что делали животные, что свидетельствовало о том, что алгоритм не обрабатывал изображения схожим образом. Кроме того, корректировка программы не улучшила ситуацию, что говорит о некоторых фундаментальных различиях в процессах, происходящих в машине и в мозге животного [40].

В 2015 году Гари Маркус, посвятивший свою карьеру изучению подобных феноменов, подробно высказался на этот счет: «Польза нейронных сетей как моделей сознания и мозга остается несущественной, полезной лишь, возможно, в аспектах низкоуровневого восприятия, но ограниченной в объяснении более сложного, более высокого уровня познания» [41]. Это правда, что, хотя большинство исследователей в области ИИ черпают вдохновение – или получают вызов, – в биологии известно лишь несколько случаев, когда подобные модели помогли понять биологические процессы [42]. Один из них связан с обучением. Многие из наиболее эффективных программ используют то, что называется методом временных различий – разницей в точности последовательных предсказаний – для достижения своих замечательных результатов (по сути, что положено в основу программы, которая недавно обыграла человека в го) [43]. В исследовании, проведенном в 2003 году, было обнаружено, что активность дофамин-продуцирующих нейронов во время обучения у людей в точности отражает то, что было предсказано моделями временных различий, представляя убедительные доказательства того, что естественное обучение включает в себя этот процесс [44]. Учитывая, что такие модели были впервые получены на основе исследования животных, это, возможно, не так уж и удивительно.

Несмотря на интерес исследователей к области искусственного интеллекта, в биологии есть только несколько случаев, когда они помогли понять биологические процессы.

Лучший пример, хотя он еще не был полностью разработан, появился в 2013 году, когда Софи Карон и Ванесса Рута в лаборатории Ричарда Акселя в Колумбийском университете показали, что структура обонятельной обрабатывающей сети дрозофилы по существу повторяет трехуровневую структуру нейронной сети со «скрытым слоем», отвечающим за грибовидное тело[268] [45]. Организация грибовидных тел различается от мухи к мухе и кажется случайной. Работая с коллегой, нейробиологом-теоретиком Ларри Эбботом, группа Акселя предположила, что эта «случайность» может являться основой для способности мухи к обучению – то, что Эббот и Аксель исследовали в сотрудничестве с учеными из кампуса «Джанелия» [46]. Грибовидное тело каждой особи имеет специфическое устройство, и эта особенность, вместе с обратными цепями (по сути, такими же, как бэкпроп, но включающими ряд клеток), по-видимому, позволяет мухе опознавать запахи и соответствующим образом вести себя. Подобное прозрение, касающееся, вероятно, наиболее понятного на сегодняшний день мозга, было бы невозможно без работы теоретиков, использующих нейронные сети. Но работает ли мозг мухи действительно таким образом, еще предстоит выяснить [47].

Потенциальное понимание того, как улучшить искусственный интеллект, появляется благодаря наблюдению, что животные могут учиться удивительно быстро, иногда на основе одного примера, в то время как программы обычно требуют расширенного обучения и длительных тренировочных курсов [48]. Животные могут совершать такие подвиги, потому что их нервная система эволюционировала, чтобы реагировать на определенные стимулы. Благодаря кантовским сенсорным a priori мозг заранее подготовлен к созданию одних связей, а не других. Например, крыса, которая почувствует себя больной после употребления новой пищи, научится на этом единственном примере избегать ее впоследствии[269]. Такого не происходит, если вы бьете крысу током или ассоциируете чувство тошноты с новым звуком. А priori, по-видимому, включает только связь между вкусом и болезнью по довольно очевидным эволюционным причинам. Встроив такие «древние» паттерны в искусственные нейронные сети, возможно, удастся повысить их эффективность.

Несмотря на приведенные примеры, в целом удивительные современные компьютерные программы не дают четких биологических гипотез и в результате почти не объясняют того, как работает реальный мозг. Отчасти проблема использования нейросетей в качестве ориентиров для биологических исследований заключается в том, что не ясно, как именно программы выводят результаты. Это не только является загадкой для таких людей, как я, но и ставит в тупик самих исследователей. Так было всегда: в 1987 году авторы NetTalk признали, что, хотя были в состоянии понять «функцию некоторых скрытых единиц, было невозможно идентифицировать единицы в разных сетях, которые имели ту же функцию». А сегодняшние программы гораздо сложнее, и их еще труднее подвергнуть деконструкции [49].

Современные компьютерные программы не дают четких биологических гипотез и в результате почти не объясняют того, как работает реальный мозг.

В декабре 2017 года исследователь ИИ из Google, Али Рахими, назвал машинное обучение «алхимией», потому что неясно, что на самом деле делают алгоритмы [50]. Другой исследователь зашел так далеко, что заявил, что область нейронаук была «охвачена практиками карго-культа[270]» и опиралась на «фольклор и магические заклинания». В 2019 году в интервью журналу Wired о нейронных сетях Джеффри Хинтон бодро признал, что ученые «действительно не знают, как они работают» [51]. Это должно быть предупреждением для любого нейробиолога, который ищет в нейронных сетях теоретическое объяснение того, как функционирует мозг. Многие ученые в сфере IT понимают, что им тоже не хватает теории для объяснения таких сложных систем.

* * *

Несмотря на прорыв, представленный подходом PDP, некоторые критики вскоре задались вопросом, насколько полезным он будет для понимания биологических проблем. В 1989 году Крик написал четырехстраничную статью в Nature, как обычно, со звучным названием: «Недавнее волнение по поводу нейронных сетей» [52]. В 1977 году Крик перебрался в Институт биологических исследований Солка в Калифорнии, чтобы работать в области нейробиологии, где стал членом исследовательской группы PDP. Но вскоре его начало раздражать то, что он считал фундаментальными биологическими недостатками этих программ, в частности отсутствие анатомической и физиологической точности. Особенно злила его зависимость от бэкпропа. «Кажется очень маловероятным, что это действительно происходит в мозге», – писал он[271] [53].

Критика Крика была направлена на нечто большее, чем просто биологическую неточность. После весьма язвительного замечания о характере мотивации некоторых исследователей (он предположил, что «где-то в глубинах большинства моделистских душ разочарованный математик пытается расправить крылья» и что целью их было придать «вид интеллектуальной респектабельности в остальном низкопробному предприятию») Крик подчеркнул разрыв между информатикой и биологией:

«Построение работающей машины (например, высокопараллельного компьютера) – это инженерная задача. Инженерия часто основана на науке, но у нее иная цель. Успешный инженерный проект – это машина, которая делает что-то полезное. С другой стороны, понимание мозга – это научная проблема. Мозг дан нам как продукт долгой эволюции. Мы хотим знать не как он может работать, а как на самом деле работает» [54].

Для Крика смысл эволюционного прошлого мозга заключался в том, что этот орган формировался с помощью ряда шагов, каждый из которых был не совершенным, но просто адекватным. «Все будет работать, пока мозг работает», – говорил ученый. Мозг не был спроектирован, и в результате мы не можем быть уверены, что он будет воплощать «глубокие общие принципы». «Он может предпочесть серию ловких трюков для достижения своей цели», – предположил исследователь. Вместо поиска потенциально несуществующих логических принципов требовалось «тщательное изучение устройства». Крик полагал, что ученые должны «заглянуть внутрь мозга, чтобы получить новые идеи и проверить существующие». Это был путь, который четыре года спустя привел Крика к аргументации в пользу разработки карты связей (connectional map) мозга.

Излишне говорить, что его совет был проигнорирован большинством тех, кто интересовался вычислительными подходами к поведению.

Ученые должны заглянуть внутрь мозга, чтобы получить новые идеи и проверить существующие.

Некоторые исследователи действительно сделали свои модели более реалистичными, например, путем введения эффекта диффузии сигнальных молекул[272], таких как оксид азота (эти программы называются GasNets [55]), или показывая, что строго симметричные прямые и обратные эффекты не являются необходимыми для успешной работы программы [56]. Но большинство просто продолжили свои исследования, производя все более внушительное программное обеспечение и – довольно ожидаемо – не проявляя никакого интереса к междисциплинарным связям с анатомией или физиологией мозга [57].

В течение нескольких лет после жалобы Крика некоторые исследователи использовали другой вычислительный подход. Вместо того, чтобы моделировать либо небольшое подмножество нейронов, либо просто пытаться воспроизвести порожденное мозгом поведение без учета структуры, они начали имитировать нервные системы в компьютерах, точно так же, как исследователи IBM в 1956 году, но на этот раз с высокой степенью анатомической точности.

В 1994 году Джим Бауэр и Дэвид Биман выпустили книгу, которая была частично манифестом, частично учебником по построению моделей сложных нейронных сетей, мило озаглавленная GeNeSIS[273] (General Neural SImulation System) [58]. Книга – неизбежно озаглавленная «Книга БЫТИЯ» и с названиями глав готическим шрифтом – включала дискеты для запуска системы на домашнем компьютере. Программа позволила смоделировать отдельные нейроны с синапсами в каждом отсеке и различными плотностями[274] ионных каналов, которые функционировали по направлениям, указанным Ходжкином и Хаксли (открытие, которое само включало моделирование), вместе с реалистичными синаптическими потенциалами. Затем эти виртуальные нейроны могут быть объединены в реалистичные сети в зависимости от нейроанатомии, интересующей исследователя [59].

«Книга Бытия» была выпущена с названием глав готическим шрифтом и включала дискеты для запуска системы на домашнем компьютере.

Эта относительно скромная среда моделирования была предшественницей самой дорогостоящей научной схемы из когда-либо существовавших – проекта «Мозг человека». Десятилетняя программа, на которую Европейская комиссия выделила более 1 миллиарда евро, началась в 2013 году. Она охватывает 150 исследовательских групп в восьмидесяти институтах и двадцати двух странах и готовит 5000 аспирантов. Первоначально в рамках проекта голословно утверждалось, что к 2020 году станет возможным «моделирование всего человеческого мозга на клеточном уровне», если появятся достаточно мощные компьютеры. То есть подразумевалось, что единственным ограничивающим фактором являются технологии [60]. Предположительно по этой причине бо́льшая часть проекта была посвящена разработке новых вычислительных подходов и систем управления базами данных [61]. Гремучая смесь чрезмерно амбициозных требований и неуверенности в биологической значимости многих предполагаемых результатов привела к тому, что ряд европейских нейробиологов отказались от участия в проекте, несмотря на беспрецедентное финансирование. Другие ученые подошли к проблеме с философской точки зрения, оспаривая, что можно получить реальное понимание интересующих их феноменов из крупномасштабных симуляций («эпистемическая непрозрачность»[275] – один из терминов, который часто применялся в этом обсуждении) [62].

Возникли и другие трудности: вскоре после старта проекта понизили значимость когнитивного и нейробиологического комплекса работ, безусловно, важного для объяснения работы мозга, в пользу расчетной части проекта [63]. Это привело к отправке открытого письма в Комиссию, подписанного более 750 учеными, и публикации в разделе «Мнения» журнала Nature под названием «Где находится мозг в проекте “Человеческий мозг?”» [64].

С тех пор руководящий орган из трех человек, в который входил создатель проекта Генри Маркрам, был распущен и решились различные организационные вопросы. Однако многие нейробиологи все еще подозревают, что независимо от результатов с точки зрения компьютерных наук огромные суммы, потраченные на данный проект, не дадут никакого значительного понимания того, как работает мозг.

В 2015 году были опубликованы первые результаты крупного проекта «Голубой мозг» (Blue Brain) – еще одного подхода к моделированию, также возглавляемого Маркрамом, – в виде трех длинных статей [65]. Они были основаны на данных, полученных от изучения крошечного цилиндра мозговой ткани длиной 2 мм и диаметром 0,5 мм, взятых из части моторной коры крысы, которая контролирует движение задних конечностей, – мельчайшей доли мозга животного. Исследователи определили трехмерную структуру около 1000 нейронов, которая была использована для заполнения модели участка мозга примерно 31 000 виртуальными нейронами, разделенными на 207 типов и соединенными примерно 37 миллионами гипотетических синапсов (это намного меньше того количества, которое на самом деле представлено в участке крысиного мозга такого размера). Активность виртуальных нейронов, включенных в модель, была взята из реальных данных более чем 3000 клеток. По признанию авторов, в модели отсутствовали «многие важные детали структуры и функции микроцепочек, такие как щелевидные соединения, рецепторы, глия, сосудистая сеть, нейромодуляция, пластичность и гомеостаз» [66]. Этот длинный список недостающих элементов в сочетании с искуственно воссозданной крошечной долей крысиного мозга прямо говорит о тех причинах, почему многие нейробиологи рассматривают данный подход как пустую трату денег и раздражаются на громогласные сообщения прессы о подобных проектах.

Несмотря на сознательное отсутствие столь многих ключевых функций, система вела себя примерно так, как реальный набор нейронов: проявляла синхронную активность и, по-видимому, была способна переключаться между различными состояниями. Команда не смоделировала абсолютно каждый нейрон и каждый синапс в этом крошечном пространстве, не добавила ни одну из отсутствующих клеток или функций, и все же модель не потерпела неудачи, а вела себя в основном так же, как клетки в реальном участке мозга. В этих исследованиях не было ничего поражающего воображение, но можно утверждать, что сам факт их существования, а также то, что модели и данные теперь широкодоступны, представляет собой шаг вперед.

Маркрам продолжает убедительно доказывать не только обоснованность проекта, но и то, что называет симуляционной нейробиологией, занимающей решающее место в истории нашего понимания мозга [67]. Однако в 2019 году научный журналист Эд Йонг провел обзор десятилетней работы, вдохновленной Маркрамом, и пришел к довольно вялому выводу: «Возможно, это говорит о том, что люди, с которыми я связался, изо всех сил пытались назвать крупный вклад, который проект “Мозг человека” внес за последнее десятилетие» [68].

Проект «Мозг человека» имеет решительно «восходящий» подход[276]. У него нет общей теории того, как работает мозг. Идея состоит в том, что, моделируя часть мозга, можно исследовать его функции, перенося отдельные компоненты, изменяя их поведение и т. д. и наблюдая, как это влияет на функционирование системы в целом. Теория того, как работает мозг, если ее вообще возможно создать, появится позже. Противоположный подход, нисходящий, от общего к частному, был принят группой под руководством Криса Элиасмита из Университета Уотерлу в Канаде. В 2012 году они представили SPAUN[277], модель, состоявшую из 2,5 миллиона нейронов, которая соединялась с роботизированной рукой. Она не была общей симуляцией, но вместо этого разрабатывалась для выполнения очень конкретной задачи: SPAUN была представлена серия изображений, и ее попросили нарисовать одно из них. Таким образом, этот эксперимент сочетал в себе распознавание символов, память и сложную задачу управления рукой для копирования нужного символа. Результаты были поразительными с очень точным распознаванием, в том числе почерка, и копированием на уровне ребенка [69].

Однако не все были впечатлены. Маркрам сразу обругал SPAUN: «Это не модель мозга», – сказал он [70]. Возможно, нет, но, вероятно, нам не нужно моделировать каждый нейрон, чтобы понять, что происходит в мозге. Так считают многие из тех, кто не участвует в крупных проектах по моделированию, например нейробиолог Александр Борст: «Я все еще не вижу необходимости симулировать работу миллионов нейронов одновременно, чтобы понять, что делает мозг. Уверен, что мы можем свести это к горстке нейронов и прийти к некоторым идеям».

* * *

За последние два десятилетия многие нейробиологи, особенно те, кто работает в когнитивной и теоретической нейробиологии, все больше убеждаются в том, что мозг работает в соответствии с байесовской логикой [71]. Томас Байес был британским священником и математиком XVIII века, который рассматривал вероятность с точки зрения ожиданий, основанных на существующих знаниях или гипотезах[278]. В 1980 году британский психолог Ричард Грегори[279] стал одним из первых сторонников данного подхода, используя примеры визуальных иллюзий для подкрепления своих аргументов [72]. Эта точка зрения, которая связана с идеями Гельмгольца о мозге, разрабатывающего гипотезы (бессознательные умозаключения) об окружающей среде, имеет непосредственное отношение к психологическим процессам. Например, при взвешивании альтернатив мы часто обращаем внимание на сильные аргументы и игнорируем слабые, что по сути является байесовским процессом [73].

При взвешивании альтернатив мы часто обращаем внимание на сильные аргументы и игнорируем слабые.

В начале XXI столетия английский нейробиолог Карл Фристон, используя сложную математическую модель для развития идей Гельмгольца и применяя байесовский подход, разработал принцип свободной энергии. Основываясь на аспекте теории информации Шеннона[280], связанном с ошибкой предсказания в сигнале, Фристон смело утверждает, что данный принцип трансформирует наше понимание того, как работает мозг: «Если смотреть на мозг как на реализацию этой схемы… почти каждый аспект его анатомии и физиологии начинает иметь смысл» [74]. В частности, он подчеркивает, что иерархическая структура мозга с ее относительным значением прямых, обратных и боковых связей позволяет органу выполнять итерационные вычисления, связанные с байесовскими вероятностями [75]. Каждый мозг, утверждает Фристон, стремится свести к минимуму ошибки: «Биологические агенты должны участвовать в той или иной форме байесовского восприятия, чтобы избежать неожиданных обменов с миром» [76].

Смысл концепции Фристона состоит в том, что вычисления, лежащие в основе как восприятия, так и предсказаний, имплицитно присутствующих в циклах обратной связи, которые участвуют в управлении потоком, исходят из простых физических принципов, характерных для всех живых систем [77]. Эта идея восходит к предположению Крейка, выдвинутому в 1943 году, о том, что мозг – это «вычислительная машина, способная моделировать или сопоставлять внешние события», которое оказалось чрезвычайно влиятельным и плодотворным [78].

Эдинбургский философ Энди Кларк описывает мозг как «машину для предсказания» и использует идеи Фристона и других, чтобы разработать теорию для понимания как мозга, так и искусственного интеллекта. А психолог из Сассекского университета Анил Сет сформулировал свое понимание человеческого самосознания в терминах процессов, возникающих из байесовского функционирования того, что он, вслед за Декартом, называет «животными машинами» [79].

Существуют экспериментальные доказательства, что наше восприятие может быть подвержено изменениям периферической обработки сверху вниз, что возвращает нас к модели Фристона и байесовским подходам в целом. Существуют нейронные тракты, которые направлены вниз, от высших областей мозга, обратно – в область ранней обработки V1[281]. Когда эти нервы становились неактивными и невосприимчивыми к импульсу транскраниальной магнитной стимуляции[282], люди не могли воспринимать иллюзорные огни (фосфены), которые обычно вызывают с помощью магнитной стимуляции другой области зрительной коры, V5 [80]. Поэтому изменения активности нейронов V1 могут повлиять на восприятие, порождаемое другой областью мозга (не имеет значения, что восприятие было иллюзией).

Мозг может функционировать «сверху вниз», а не «снизу вверх» – он не просто собирает простые характеристики внешнего мира (линии, очертания и т. д.), но и позволяет возникать восприятию.

Мозг не просто собирает характеристики внешнего мира, но и позволяет возникать восприятию.

Однако, несмотря на привлекательность подхода Фристона для людей, мыслящих математическими категориями, – я с радостью признаю, что это за пределами моего понимания, – фундаментальная проблема остается неизменной. В 2004 году Дэвид Найл и Александр Пуже описали деятельность так называемого байесовского мозга следующим образом: «Мозг представляет сенсорную информацию вероятностно, в форме вероятностных распределений». Они трезво отметили, что нейрофизиологических данных в поддержку этой гипотезы «почти не существует». Хотя предшествующие убеждения могут изменять активность отдельных нейронов (фактически это и есть обучение), мы не полностью понимаем вычислительную логику, лежащую в основе того, как популяции нейронов выполняют байесовскую интеграцию [81].

Ученые недавно продемонстрировали на обезьянах, что активность нейронов в лобной коре изменяется под влиянием прежних представлений животных (в данном случае об ожидаемом интервале между стимулами) [82]. Однако исследование не дало точного ответа, что именно делают группы клеток и как они формируют вывод, а вместо этого продемонстрировало, что предыдущие убеждения изменяют определенное статистическое свойство групп нейронов («низкоразмерных криволинейных многообразий»), которые содержат неявное представление оптимального ответа. Используя модель системы, ученые смогли предсказать, как это свойство сможет измениться в различных условиях, хотя прогнозы еще не были проверены экспериментально.

Разрыв между теорией и нейробиологическими данными о точной активности отдельных нейронов можно увидеть при изучении кажущейся простой прогностической системы мозга, не требующей байесовских вычислений, – способности некоторых насекомых перехватывать партнера или добычу во время полета. Это должно включать в себя обнаружение положения и движения как воспринимающего, так и цели и, по крайней мере, два вида вычислений – измерение начальных относительных местоположений двух объектов и предсказание будущего относительного положения цели, – чтобы можно было осуществить перехват.

Вы можете сами наблюдать подобное летом – журчалки[283] собираются на залитых солнцем полянах, летая вокруг в поисках партнеров. Если вы возьмете апельсиновые зернышко и зажмете между пальцами, то можете послать его мимо одной из мух, которая быстро полетит ему навстречу, обманутая размером и движением косточки, думая, что это потенциальный партнер или соперник. В 1978 году Том Коллетт и Майк Лэнд из Сассекского университета сообщили об эксперименте, в котором стреляли горохом из гороховых пистолетов в журчалок и снимали движения насекомых (гороховые пистолеты более точны, чем апельсиновые косточки и пальцы) [83]. Математически проанализировав поведение мух, Коллетт и Лэнд смогли описать ключевые параметры, которые вычислял крошечный мозг насекомых, а также показать, что, хотя предсказание перехвата не постоянно обновлялось через функцию слежения, существовал элемент обратной связи, который позволял животным внезапно прекращать погоню в середине полета.

Я помню, как был очарован этой статьей, когда она вышла. Удивительно, правда, что спустя четыре десятилетия, несмотря на огромные успехи в изучении поведения насекомых в полете и нашу способность невероятно точно измерять активность отдельных нейронов в мозге мухи, биологический субстрат таких банальных предсказаний остается загадкой. В настоящее время исследователи проводят еще более сложные расчеты, связанные с взаимодействием хищника и жертвы (жертва может уклоняться), как это видно на примере великолепных «львов» мира мух – ктырей[284] или стрекоз [84]. Все это наводит на мысль, что крошечный мозг насекомых содержит прогностическую модель, которая отражает относительные движения хищника и жертвы (а также внешние факторы, такие как скорость ветра, которая влияет на то, как могут реагировать оба субъекта). Но на данный момент мы не знаем, как подобная модель воплощается в деятельности нервной системы.

Неспособность точно определить, какие типы простых предсказаний происходят в мозге насекомого, обнаруживает проблему с очевидной силой байесовских теорий в объяснении сложных функций человеческого мозга (невозможность перевести жесткую модель нейронной логики Мак-Каллока и Питтса на язык функционирования реальной нервной системы, также должна служить предупреждением). Существование чего-то вроде байесовских предсказаний, происходящих в нервной системе для объяснения восприятия, кажется несомненным. Но пока что теоретическое обобщение этой концепции, объясняющей работу всего мозга, остается умозрительным.

Экспериментальные данные всегда будут ключевым фактором истинности любой теории, какой бы элегантной и привлекательной она ни была.

* * *

Широко распространенное мнение о том, что мозг – это компьютер, подкрепляется тем фактом, что уже более века мы можем управлять его активностью с помощью электричества, точно так же, как управляем электронной машиной. В 1920-х годах исследователи начали использовать электрическую стимуляцию мозга для изучения анатомо-физиологических основ эмоций. Американский физиолог Уолтер Кэннон показал, что эмоции берут свое начало в мозговой деятельности, а не в реакциях внутренних органов и вегетативной (автономной) нервной системы. Если человеку вводили адреналин, это вызывало обычные висцеральные физиологические реакции, связанные с эмоциями, такие как учащенное сердцебиение, но не приводило к переживанию эмоционального состояния [85]. По мнению Кэннона, эмоциональные реакции координировались гипоталамусом, но контролировались действием коры головного мозга. Если у кошки кора была удалена, то животное проявляло постоянную агрессию – шипело и атаковало, даже если для этого не было никакой причины (Кэннон называл это «поддельной яростью») [86].

Швейцарский исследователь Вальтер Гесс сделал еще один шаг вперед и показал, что электрическая стимуляция гипоталамуса кошки может вызывать шипение, вздыбливание шерсти и расширение зрачков, иногда приводя к удару лапой, даже в отсутствие угрозы как таковой. Это предполагало, что эмоции могут высвобождаться при электрической стимуляции определенных зон мозга и что автономные центры, участвующие в основных физиологических реакциях, способны затем активировать моторную кору [87].

Работа Гесса, позволившая понять, как могут взаимодействовать различные части нервной системы, была удостоена Нобелевской премии в 1949 году.

Если у кошки кора была удалена, то она постоянно шипела и атаковала.

В одном скандально известном эксперименте 1965 года профессор Йельского университета Хосе Дельгадо вышел на арену для боя быков в Андалусии и помахал плащом матадора перед молодым черным быком по имени Лусеро. Животное бросилось на него, но внезапно остановилось и в замешательстве повернуло голову. Дельгадо ранее вставил электрод в хвостатое ядро[285] Лусеро, область, связанную с движением, и держал в руке переключатель, который активировал электрод, когда он нажимал кнопку (как позже признался Дельгадо, однажды произошел сбой в цепи передачи, и быку удалось добраться до него, «к счастью, без каких-либо последствий, кроме хорошего испуга» [88]). Этот драматический эксперимент, запечатленный на пленке, также попал на первую полосу The New York Times, где был описан как «самая впечатляющая демонстрация преднамеренного изменения поведения животных посредством внешнего контроля мозга». Статья не была научной [89], однако поведала нам почти столько же, сколько и предшествующие обширные исследования моторной коры: электрическая стимуляция мозга может производить или останавливать движение. Вдали от внимания общественности Дельгадо признал, что его метод стимуляции мозга – он назвал устройство «стимиосивером» – был «довольно грубой процедурой» [90].

Другие исследователи сделали еще более сильные заявления и вышли далеко за пределы того, что было этичным, даже для того времени. Начиная с 1940-х годов Роберт Хит[286], психиатр из Тулейнского университета в Новом Орлеане, использовал электрическую стимуляцию мозга для лечения пациентов с психическими заболеваниями [91]. Среди них был мужчина-гомосексуалист, известный как Б-19, которого, как утверждал Хит, он «вылечил», стимулируя мозг мужчины, когда тот смотрел на порнографические изображения женщин. Эффективность этого лечения была продемонстрирована, когда психиатр заплатил проститутке за секс с пациентом (процесс был записан) [92]. Хит также работал с шизофрениками, страдающими кататонией[287]: устанавливал им постоянный электрод и портативную батарею, которую они могли использовать, чтобы стимулировать себя, обеспечивая волны удовольствия и облегчение симптомов [93]. Он даже использовал электроды, чтобы обеспечить стимуляцию отвращения с ужасными результатами, когда пациенты корчились в агонии и угрожали убить экспериментатора. Такие эксперименты также снимались на пленку.

Электрическую стимуляцию мозга использовали для лечения пациентов с психическими заболеваниями.

Работа Хита явилась одним из источников повышенного интереса к использованию стимуляции мозга после доклада Джеймса Олдса и Питера Милнера 1954 года, которые работали с Хеббом в Макгиллском университете. Они вживили электроды в септальную область мозга[288] крысы и обнаружили, что животное будет делать все, чтобы продолжать стимуляцию [94]. Несколько лет спустя Олдс сообщил, что крыса будет постоянно нажимать на кнопку, пока это не приведет ее к полному истощению – после двадцати шести часов неистовой деятельности в некоторых случаях [95]. Вознаграждение за стимуляцию мозга, как впоследствии стал известен этот феномен, выявило зоны, связанные с положительным чувством удовлетворения, которое можно вызвать путем электрической активности[289]. В настоящее время данный метод редко используется в терапевтическом контексте, не только потому, что он неточен и крайне инвазивен, но и потому, что затрагивает очевидные этические проблемы, когда, как в одном из исследований Хита, пациент, получивший способ самолечения, будет счастливо заниматься стимуляцией мозга как можно дольше.

Несмотря на этическую трясину, в которой прозябала стимуляция мозга на протяжении большей части своего прошлого, есть одна область[290], в которой она доказала клиническую пользу. Симптомы болезни Паркинсона, дегенеративного расстройства центральной нервной системы, которое вызывает неконтролируемый тремор, а также может привести к депрессии, деменции и смерти, могут быть облегчены – но не излечены – фармакологическим повышением уровня нейромедиатора дофамина. Однако иногда это лечение не срабатывает, и с начала 1990-х годов исследователи используют глубокую стимуляцию мозга с помощью имплантированных электродов для уменьшения симптомов. Эффект потрясающий, а улучшение качества жизни впечатляет.

Потенциально менее благоприятное использование стимуляции мозга предполагает недавний интерес со стороны Управления перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (англ. Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA). В 2017 году DARPA объявило о важной исследовательской программе в области «целенаправленного повышения нейропластичности» с конечной целью улучшения обучения солдат с использованием неинвазивных методов [96].

Еще более тревожно то, что в другом финансируемом DARPA проекте в Калифорнийском университете, посвященном посттравматическому стрессу, создали алгоритм, который позволит компьютеру сравнить текущее состояние мозга испытуемого с желаемой целью, а затем автоматически настроить его чувства, стимулируя соответствующую область [97]. С перспективой, что оптогенетические конструкции из наночастиц могут позволить производить такие эффекты неинвазивно, путем простой инъекции, вам не нужно обладать воображением Филипа Дика, чтобы представить себе, к каким ужасным последствиям это может привести [98].

Исследователи также занимаются удивительной и чрезвычайно полезной работой, иллюстрирующей, как мозг может управлять машинами [99]. В 2012 году группа Джона Донохью из Брауновского университета использовала электроды, имплантированные в моторную кору двух пациентов с параличом – пятидесятивосьмилетней женщины и шестидесятишестилетнего мужчины, перенесших инсульт много лет назад, – чтобы позволить им мысленно двигать роботизированной рукой [100]. Пациентка – Кэти Хатчинсон – смогла взять рукой бутылку, затем медленно поднести ее ко рту, выпить кофе через соломинку и затем поставить бутылку на стол. Радость Хатчинсон по поводу этого необычайного достижения – впервые за четырнадцать лет она смогла пить исключительно по собственной воле – очевидна на видео и изображениях, сопровождавших статью [101].

В Калифорнийском университете создали алгоритм, который позволит компьютеру автоматически настроить чувства человека.

Донохью и его коллеги также имплантировали электроды в мозг и руку пациента, обездвиженного после травмы спинного мозга. Сигналы от мозга мужчины были переведены в электрическую стимуляцию его мышц, и с помощью подвижной опоры для рук он смог самостоятельно поесть [102]. Столь удивительные достижения действительно могут изменить жизнь.

Такие процедуры не включали в себя обратную связь от робота или человеческой руки. Данный феномен называется проприоцепцией и является существенным компонентом контроля над телесными движениями, сообщая нам, например, насколько крепко мы что-то сжимаем. Это скоро произойдет: исследователи недавно разработали бионическую руку для человека с ампутированной конечностью, управляемую электродами, имплантированными в его руку. Она обеспечивала его 119 сенсорными источниками от устройства, которое стимулировало нервы в коже, сгруппированные в ряд категорий: вибрацию, боль, движение и так далее. Использование искусственной проприоцепции позволяло пациенту выполнять достаточно деликатные задачи, такие как перемещение яйца или взятие виноградинки, а также более личностно значимые жесты, такие как прикосновение к руке жены [103]. Обездвиженные пациенты должны научиться интерпретировать стимуляцию той части тела, которая сохраняет чувствительность, в терминах проприоцепции от устройства, но это, скорее всего, не займет много времени. Качество жизни возрастет благодаря поразительным технологиям.

В конце концов, возможно, нет необходимости использовать инвазивные процедуры. В 2018 году Кристиан Пеналоза и Сюити Нисио из Киото сообщили, что здоровые пациенты могут носить специальную шапочку, а затем научиться использовать сигналы от мышц головы для управления третьей роботизированной рукой, когда своими руками делают что-то другое [104]. Так, например, испытуемый наклонял доску обеими руками, так что мяч на доске катился в разных направлениях, и одновременно командовал роботизированной руке поднести напиток ко рту. Будь то способ повышения трудоспособности человека или преобразования жизни людей с ограниченными возможностями, у такой технологии необычайное будущее.

Первые, по-видимому, успешные попытки подключения искусственного глаза к мозгу были зафиксированы в 2000 году (105). Электроды, подключенные к видеокамере, были имплантированы в зрительную кору слепых пациентов. Однако это не означало, что пациенты могли непосредственно видеть изображения. Электроды активировали ощущение света (как при надавливании на глазные яблоки). После длительной тренировки эта электрическая активность могла интерпретироваться пациентом, позволяя ему обнаруживать объекты или даже большие буквы. Но почти два десятилетия спустя ни имплантаты в сетчатку, ни имплантаты в мозг не обеспечили ничего похожего на реальное зрение.

В вопросе слуха был достигнут больший прогресс. Со времени первого кохлеарного имплантата в 1961 году эта процедура стала обычной, и сотни тысяч людей во всем мире извлекают выгоду из данной технологии. И есть много душещипательных видео, как реагируют глухие люди, когда они слышат в первый раз. Однако, несмотря на то что научные достижения в области слуха меняют мир и являются гораздо более эффективными, чем в вопросе искусственного зрения, имплантаты еще не позволяют обеспечить полный диапазон слухового восприятия.

Есть много душещипательных видео, как реагируют глухие люди, когда они слышат в первый раз.

Исследователи из различных групп недавно начали работу над действительно сложной задачей – созданием синтетической речи непосредственно из активности мозга [106]. Несмотря на бурное воодушевление прессы, эти техники не включают «чтение мыслей» – в действительности компьютер учится координировать паттерны нейронной активности, связанные с мышечным контролем речи, с реально производимым звуком. На данный момент до перевода нейронной активности, соотносимой с воображаемой речью, в искусственный голос еще далеко.

Как бы ни были важны подобные научно-технические разработки, они не подразумевают, что мозг на самом деле является компьютером или что мы знаем, как он работает. На самом деле они подчеркивают пластичность мозга. Группа Донохью не взломала нейронный код в мозге для волевых действий и планирования. Вместо этого их компьютерные программы способны переводить паттерны возбуждения нейронов в мозге в движение руки робота, и пациенты могут быстро настроить активность мозга так, чтобы манипулировать рукой желаемым образом.

С людьми, которые живут с интерфейсами мозг-компьютер, могут произойти неожиданные изменения. Биоэтик Фредерик Гилберт из Университета Тасмании описал случаи шести пациентов из Австралии, которые использовали электроды, имплантированные в мозг, для предупреждения о надвигающемся эпилептическом припадке, что позволяло им принимать лекарства вовремя. Хотя это было полезное вмешательство, у одной участницы (пациентка 6) была особенно экстремальная реакция: сначала испытуемая заявила, что интерфейс «был похож на нечто инопланетное». Однако ее отношение со временем менялось: «Постепенно привыкаешь, так что это становится частью повседневной жизни, происходит каждый день, каждую ночь… Интерфейс следует за тобой повсюду и становится частью тебя… Это была я, это стало мной… С помощью устройства я нашла себя». Далее она сообщила, что устройство изменило ее личность, сделав ее более уверенной: «С помощью устройства я чувствовала, что могу сделать все… ничто не могло остановить меня» [107].

Если вам такие истории кажутся тревожными, подумайте о том, что произошло дальше. Компания, которая имплантировала устройство в мозг пациентки 6, обанкротилась, и интерфейс пришлось удалить. Это сильно отразилось на бедной женщине: «Я потеряла себя», – сокрушалась она. У пациентки отняли то, что ей дали, из-за экономической системы. Гилберт мрачно резюмировал то, что произошло с пациенткой 6 во время ее взаимодействия с имплантатом, новыми мирами, которые она мельком увидела, и жестокой реальностью мира тех, кто был главным: «Это больше, чем устройство. Компания владела существованием этого нового человека» [108].

В будущем мире, где частные компании финансируют взаимодействие с нашим мозгом, мы можем потерять контроль над своей идентичностью.

В будущем мире мы можем потерять контроль над своей идентичностью.

Урок состоит в том, что научные исследования не происходят в вакууме и что захватывающие открытия и терапевтические возможности могут иметь глубокие, непредвиденные последствия. Это было очевидным на протяжении всего прошлого и настоящего науки о мозге. Наука и культура тесно взаимосвязаны, особенно если речь идет об открытиях, непосредственно влияющих на наше восприятие и настроение. Некоторые из них оказали самое экстраординарное культурное воздействие.

13

Химия. 1950-е – настоящее время

Девятнадцатого апреля 1943 года Альберт Хофман[291], швейцарский химик, работавший в базельской фармацевтической компании «Сандоз», ехал домой на велосипеде. Что-то было не так. Как он потом вспоминал: «Все в поле моего зрения колебалось и искажалось, как будто в кривом зеркале». Вернувшись домой, он испытал сильное чувство тревоги, которое в конце концов сменилось очень странным ощущением: «Калейдоскопические, фантастические образы нахлынули на меня, чередуясь, пестря, начинаясь и затем заканчиваясь кругами и спиралями, взрываясь цветными фонтанами, перестраиваясь и скрещиваясь в постоянном потоке» [1]. Перед тем как сесть на велосипед, Хофман принял огромную дозу, казалось бы, безобидной молекулы, которую он синтезировал пять лет назад, – ЛСД.

Знаменательное, но случайное открытие Хофмана, отмечаемое каждый год любителями кислоты как День поездки на велосипеде, было типичным для трансформации нашего понимания химии мозга, которая должна была произойти в течение последующих двух десятилетий. Хофман не собирался создавать мощный психоактивный препарат, когда впервые синтезировал ЛСД. Он пытался найти соединение, которое помогло бы ему дышать. Подобные случайные прорывы вскоре изменили наши представления о мозге и понимание того, как лечить психические заболевания [2].

Создатель психоактивного препарата ЛСД хотел просто найти соединение, которое помогло бы ему дышать.

В конце 1940-х годов французская фармацевтическая компания Rhône-Poulenc разрабатывала антигистаминные препараты совместно с военным хирургом Анри Лабори. Одно соединение, хлорпромазин, обладало очень слабым антигистаминным действием, но вызывало сильный успокаивающий эффект. В 1952 году психиатры больницы Святой Анны в Париже дали хлорпромазин нескольким пациентам с манией или психозом. Результаты оказались поразительными. Например, пациент по имени Филипп Бург, который в течение нескольких лет находился в безнадежно психотическом состоянии, быстро отреагировал на лечение. Одним из самых французских признаков выздоровления Бурга было то, что через несколько недель он смог покинуть больницу и пообедать со своими врачами в соседнем ресторане. Серия таких же эффектных эпизодов привела к немедленному глобальному интересу к препарату, который вскоре стал продаваться в Европе как «Ларгактил», а в США как «Торазин», изменив жизнь тысяч людей. Примерно в то же время был обнаружено вещество (алкалоид) с аналогичным психоактивным действием – резерпин. Поначалу он был разработан для снижения артериального давления с использованием продуктов, применяемых в традиционной медицине. Но оказалось, что у него есть антипсихотические эффекты, которые были описаны как нейролептические (в переводе с греческого буквально «захват нейрона»). В 1953 году сотрудник фармацевтической компании CIBA придумал более простое описание резерпина – транквилизатор [3].

В то время, когда в психиатрии доминировали психоаналитические концепции, открытие ЛСД, который, казалось, имитировал некоторые симптомы заболеваний, вместе с появлением транквилизаторов представляло собой огромный шаг вперед. Лекарства, изменяющие настроение, были известны на протяжении тысячелетий, но эти новые вещества были другими: они обладали ярко выраженными и очень специфическими свойствами. Их открытие положило начало глубокой трансформации в подходах к психическим заболеваниям: от психоаналитического метода к сегодняшнему медицинскому, химическому взгляду. На протяжении десятилетий рынок наводняли все новые типы лекарств, появление каждого из которых сопровождалось громкими обещаниями и энтузиазмом. Но фармацевтическая эйфория обернулась разочарованием, поскольку у препаратов обнаружились сильные побочные эффекты [4]. Тем не менее разработка таких лекарств подарила ученым новые способы понимания химии мозга, как при болезни, так и в здоровом состоянии.

Разработка ЛСД подарила ученым новое понимание химии мозга.

Первые шаги в этом направлении произошли благодаря нескольким сногсшибательным экспериментам. В 1952 году Хамфри Осмонд и Джон Смитис из Национальной больницы в Лондоне сообщили, что мескалин, активный компонент кактуса пейота, имитирует некоторые симптомы шизофрении, и отметили, что он структурно похож на вещество, вырабатываемое надпочечниками – норадреналин[292][5]. Два года спустя они предположили, что адренохром, естественный окисленный вариант адреналина, может быть ответственен за симптомы шизофрении. На данном этапе Осмонд и Смитис переехали в Саскачеван, где стали первопроходцами в использовании психоделических препаратов для лечения психически больных людей [6]. В лучших медицинских традициях Осмонд ввел себе адренохром, чтобы посмотреть, что произойдет. Он сообщил о последствиях в статье в The Journal of Mental Science:

«Я закрыл глаза, и передо мной возник яркий узор из точек. Цвета были не такими яркими, как те, что я видел под мескалем[293], но были того же типа. Узоры из точек постепенно превращались в рыбоподобные фигуры. Мне казалось, что я на дне моря или в аквариуме среди стай блестящих рыб. В какой-то момент я решил, что я морской анемон в этом бассейне» [7].

Но не все было так весело. В другой раз у Осмонда случился «бэд-трип»[294], что заставило исследователей предостеречь других от использования адренохрома, за исключением строго контролируемых обстоятельств. (Возможно, именно по этой причине два десятилетия спустя помешанный на наркотиках сумасшедший журналист Хантер С. Томпсон стал одержим попыткой получить адренохром из желез живого человека, согласно его роману в «Страхе и отвращении в Лас-Вегасе»[295].) Отмечая сходство этого опыта с рассказами людей, принимавших мескалин и ЛСД, исследователи предположили, что изучение адренохрома и его метаболизма может дать представление о биохимических причинах шизофрении.

Другие исследователи сосредоточились на новых химических компонентах, выявленных в нервной системе. В 1955 году Бернард «Стив» Броуди и его коллеги показали, что резерпин и ЛСД влияют на уровень серотонина, вещества с неизвестной функцией, обнаруженного в гладкой мускулатуре кишечника и матки. За два года до описываемых событий Бетти Тварог нашла серотонин в мозге [8]. Исследования Броуди показали, что резерпин повышает уровень серотонина, в то время как ЛСД снижает его. Вскоре группа Броуди предположила, что серотонин играет важную роль в функционировании мозга, и обнаружила, что резерпин также изменяет уровни двух других веществ, присутствующих в мозге, – норадреналина и дофамина, – которые, по их мнению, также могут влиять на активность нейронов [9]. Связь между психологическими эффектами исследуемых веществ и их влиянием на биохимию мозга, по-видимому, дает ключ к пониманию того, как работает мозг, и возможности разработки новых методов лечения психических расстройств.

Используя структуру хлорпромазина в качестве отправной точки, исследователи из Швейцарии стремились разработать новое лечение, которое могло бы помочь шизофреникам. Этот, казалось бы, рациональный подход не оправдал ожиданий – один препарат под названием имипрамин действительно был очень психоактивным, но не успокаивал пациентов, а наоборот, являлся мощным возбудителем. Хотя такое лекарство было бесполезно для маниакальных пациентов, лечение могло помочь людям с депрессией. Со временем появилась целая серия лекарств, известных как трициклические антидепрессанты, потому что их молекулярная структура содержала три кольца, которые в течение десятилетий были лучшим фармакологическим средством лечения депрессии. Другой препарат, ипрониазид, создавался в качестве средства против туберкулеза, но, как оказалось, обладал также антидепрессантными свойствами – это был «психоэнергетик», как утверждали исследователи, изучавшие неожиданное свойство вещества [10].

Трициклические антидепрессанты называются так, потому что их молекулярная структура содержит три кольца.

Из-за своей эффективности ипрониазид активно назначался при депрессии, пока не было обнаружено, что препарат повреждает печень, и его не изъяли из оборота.

Наконец, в начале 1960-х годов появились бензодиазепины, снижающие тревожность (либриум, валиум и многие другие). Опять же, психоактивная сила первого из них – либриума – была обнаружена случайно. Исследователь из компании Hoffmann – La Roche хранил явно бесполезное соединение, оставшееся после его стабилизации с помощью химической добавки[296] [11]. Через два года препарат был снят с полки и в его модифицированном виде признан психоактивным. Бензодиазепины оказались удивительно популярными, и их до сих пор активно назначают для кратковременного снижения тревожности.

Одним из исключений из этой оппортунистической коммерческой программы разработки лекарств было открытие, что обычные соли лития могут помочь в лечении маниакальных состояний. Бромистый литий использовался в XIX и начале XX века для лечения эпилепсии, но эффективная доза также была токсичной, что ограничивало его применение. В 1948 году австралийский врач Джон Кейд обнаружил, что он вызывает у морских свинок сонливость, поэтому исследователь попробовал это соединение на десяти пациентах с тяжелой манией. Результаты были замечательными:

«У. Б., мужчина пятидесяти одного года, который в течение пяти лет находился в состоянии хронического маниакального возбуждения, беспокойный, грязный, разрушительный, озорной и назойливый, долгое время считался самым буйным пациентом в отделении. Его реакция на лекарство была в высшей степени удовлетворительной… Вскоре он снова счастливо вернулся к своей прежней работе» [12].

Литий не был седативным препаратом – пациенты не подвергались принудительному успокоению, но не был и средством исцеления [13]. Если больной прекращал прием препарата (как это делал У. Б.), симптомы возвращались. Однако литий не мог быть запатентован, в связи с чем интерес со стороны фармацевтической промышленности был ограниченным. Препарат окончательно одобрили для использования в США в качестве психотропного лекарства только в 1970-х годах, после появления «литиевого подполья» мятежных психиатров, которые все равно его прописывали свои пациентам [14]. Примечательно, что до сих пор неизвестно, как именно литий оказывает свое вполне реальное воздействие.

Новооткрытые лекарства имели два аспекта: они были клинически значимыми, помогали облегчить тяжелые симптомы и обещали радикально новое понимание того, как может работать мозг – и даже разум. Как выразился историк Жан-Клод Дюпон, научно-медицинские эксперименты с химическими психотропными веществами подтвердили тот факт, что мозг – это «не только электрическое устройство, но и железа» [15].

Несмотря на многообещающее начало, было трудно установить связь между воздействием химических препаратов на психику и их физиологическим эффектом. Например, первоначально считалось, что психоделические эффекты ЛСД и бредовые симптомы, наблюдаемые у некоторых пациентов с шизофренией, были опосредованы серотонином. Эту гипотезу отвергли, когда обнаружили, что хлорпромазин, как и резерпин, помогал облегчить симптомы бреда, но никак не влиял на серотонин, в то время как другие препараты вызывали неприятные психические эффекты, но не изменяли уровень этого нейромедиатора.

Соли лития могут помочь в лечении депрессии.

Одна из широко освещаемых химических основ шизофрении просто исчезла по странным причинам. В 1950-х годах Роберт Хит, психиатр, применявший глубокую стимуляцию мозга для «лечения» гея, предположил, что вещество, известное как тараксеин, может быть обнаружено в крови шизофреников и вызывать симптомы заболевания, если ввести его здоровым добровольцам.

Драматические видеосвидетельства о действии препарата, демонстрировавшиеся на конференциях, производили впечатление на ученых. Однако результаты Хита не могли быть воспроизведены, и в итоге гипотезу отвергли [16].

По словам Лоуна Фрэнка, один из коллег Хита (биохимик Мэтт Коэн) намеренно исключил ключевые части соответствующего протокола из своих научных публикаций, сделав невозможным воспроизведение результатов. На самом деле Коэн был мошенником без научной подготовки. Он был бандитом в бегах и держал часть техники использования тараксеина в секрете в качестве страховки на случай поимки. Он внезапно покинул лабораторию Хита в 1959 году и, по-видимому, был убит в перестрелке с толпой во Флориде несколько лет спустя [17].

Если больной прекращал прием лития, то симптомы возвращались.

Также в 1959 году американский нейробиолог Сеймур Кети из NIMH опубликовал большую статью из двух частей в журнале Science о биохимических теориях шизофрении [18]. Пояснив читателям, что за ярлыком «шизофрения» может скрываться широкий спектр глубинных проблем (это остается серьезным вопросом), Кети взвесил вероятность различных потенциальных причин, включая тараксеин, но сосредоточился на предполагаемой роли серотонина. Главным камнем преткновения, по его словам, было то, что «роль, которую серотонин играет в центральной нервной функции, неясна» [19]. Ученые не могли объяснить, что происходит, когда нарушаются химические процессы в мозге, если не понимали, как они должны протекать при нормальном состоянии. Нужны были новые концепции, чтобы объяснить химическую сложность мозга, завеса тайны которой постепенно приоткрывалась.

* * *

Этот удивительный период фармакологической удачи и творчества совпал с окончанием «войны супов и искр» в 1952 году, который также был годом, когда Ходжкин и Хаксли показали, как в нейроне распространялся потенциал действия. Ученые сошлись на общем химическом представлении о функционировании нервной системы, но оставались два важных вопроса: как именно вещество-трансмиттер выполняет свою работу и что происходит в мозге. Яростные споры из-за «супов и искр» касались уровня периферических нейронов, в основном в вегетативной нервной системе. Никто не мог быть уверен, что те же принципы справедливы и для центральной нервной системы. То, что сейчас кажется нам очевидным, – мозг работает по тем же принципам, что и периферическая нервная система, используя нейромедиаторы, – было совсем непонятно в 1950-х и 1960-х годах.

Даже слово «нейромедиатор», использовавшееся для группировки широкого спектра соединений под общим функциональным названием, придумали только в 1961 году [20].

По словам Арвида Карлссона[297], получившего Нобелевскую премию в 2000 году за работу по исследованию дофамина, в начале 1960-х годов предположение о том, что в мозге могут функционировать нейромедиаторы, встретили со значительной долей скептицизма [21].

Даже несколько лет спустя, когда идея перестала казаться столь диковинной, решающего доказательства все еще не было обнаружено. В 1964 году Арнольд Берген, профессор фармакологии в Кембридже, пожаловался в Nature на отсутствие понимания того, что происходит в синапсе:

«Еще большим разочарованием для всех, кто интересуется синаптической физиологией, была неспособность выяснить природу любого химического трансмиттера в нервной системе млекопитающих, кроме ацетилхолина… Несмотря на значительные усилия, мы находимся в совершенном неведении относительно химического трансмиттера в первичных сенсорных афферентных волокнах[298] и как пресинаптических, так и постсинаптических тормозных системах спинного мозга, не говоря уже о других областях» [22].

Разочарование Бергена вскоре развеялось, когда в течение следующего десятилетия был установлен точный режим работы нейротрансмиттеров в мозге. Был обнаружен ошеломляющий набор веществ, сгруппированных в три основных типа: аминокислоты (такие как ГАМК[299]), нейропептиды (например, окситоцин или вазопрессин) и моноамины (норадреналин, дофамин и серотонин) – наряду с первым обнаруженным нейромедиатором, ацетилхолином. Еще более удивительным открытием стало то, что оксид азота, газ, вырабатывается некоторыми нейронами, распространяется через ткани и изменяет нейрональную активность [23]. По словам продвинутого эксперта по нейромедиаторам, американского нейробиолога Соломона Снайдера, в мозге может быть до 200 различных пептидов, действующих как нейромедиаторы [24].

Слово «нейромедиатор» придумали только в 1961 году.

Одним из ключевых факторов, убедивших ученых в существовании новых нейромедиаторов, было использование флуоресценции или радиоактивности для создания изображений, которые выявили присутствие этих веществ. Жан-Клод Дюпон даже утверждал, что «именно гистохимия[300], а не фармакология или электрофизиология, в итоге привела к принятию концепции синаптической передачи с помощью аминов[301] мозга» [25]. После того как в 1950-х годах были получены первые электронные микроскопические изображения синапса, Бернард Кац показал, что крошечные пузырьки (везикулы) в пресинаптическом нейроне высвобождают нейромедиатор в синапс, следуя за притоком кальция, который лежит в основе потенциала действия. Некоторые нейромедиаторы, такие как ГАМК, оказались ингибирующими[302], тем самым решился вопрос о природе торможения, который ставил ученых в тупик в течение столетия. Также стало очевидно, что некоторые нейроны вообще не используют нейромедиаторы, а вместо этого функционируют за счет электрических синапсов или щелевидных соединений. В 1970 году трое из главных участников революции в понимании химии мозга – Ульф фон Эйлер, Джулиус Аксельрод и Бернард Кац – получили Нобелевскую премию за свою работу.

Вскоре были идентифицированы многие рецепторы, участвующие в постсинаптическом ответе на нейромедиатор. Оказалось, что существует два класса: одни вещества приводят к немедленному распространению потенциала действия, в то время как другие вызывают гораздо более медленный ответ через каскад молекул вторичных мессенджеров[303] в постсинаптическом нейроне. Исследование Пола Грингарда[304] о медленной синаптической реакции, основанное на работах Эрла Сазерленда[305] и Эда Кребса[306] в 1960-х годах, было вознаграждено Нобелевской премией в 2000 году, которую он разделил с Карлссоном и Канделем. Эта работа еще не закончена – структура ГАМК-рецептора, мишени «Валиума», была описана совсем недавно [26].

* * *

Богатый химический мир мозга стал выглядеть еще более сложным, когда выяснилось, что мозговая деятельность включает в себя не только ритмическое действие нейромедиаторов, но также и эффекты нейрогормонов более медленного действия. Эти вещества, часто образующиеся из пептидов – коротких цепочек аминокислот, – высвобождаются в кровоток или внутриклеточные пространства и действуют как сигнальные молекулы в организме, в частности в головном мозге. Большая часть исследований в этой области была посвящена роли гипоталамуса, который эдинбургский нейрофизиолог Гарет Ленг назвал «сердцем мозга» [27]. В 1960-х и 1970-х годах было показано, что гипоталамус и гормоны, производимые им, участвуют в координации сложных физиологических и поведенческих реакций, в том числе связанных со стрессом и размножением. А в 1977 году половина Нобелевской премии была присуждена Роджеру Гиллемину и Эндрю Шалли за их открытия, связанные с производством нейропептидов в мозге (другую половину премии получила Розалин Ялоу, разработавшая радиоиммунологические методы определения пептидных гормонов). В 1990-х годах были открыты нейропептиды лептин и грелин, которые влияют на пищевое поведение и чувство сытости. Таким образом, нейрогормоны участвуют в долгосрочном контроле основных физиологических процессов, многие из которых имеют поведенческий компонент.

Нейрофизиолог Гарет Ленг назвал гипоталамус сердцем мозга.

Эти вещества воздействуют на нервные цепи, участвующие в поведении, либо временно – например, изменяя реакции самки крысы на детенышей, заставляя ее поднимать их и создавать для них гнездо, – либо постоянно, например, формируя мозг крысы для выработки более мужских моделей поведения. Способ, которым пептиды секретируются, сильно отличается от действия нейротрансмиттеров. Везикулы, содержащие нейрогормоны, могут появляться в любом месте тела нейрона, а не только в синапсе. Они особенно распространены на дендритах и могут способствовать функциональной реорганизации частей нервной системы при повторной стимуляции.

Этот аспект функции мозга чрезвычайно сложен. Считается, что существует более сотни различных нейропептидов, которые проходят через внутриклеточное пространство мозга, составляющее около 20 % его общего объема [28]. Пептидные молекулы высвобождаются в большом количестве – гораздо большем, чем количество молекул нейромедиаторов, – в виде импульсов, которые могут продолжаться в течение нескольких дней. Каждая из этих систем, на которые влияют внутренние и внешние условия, воздействующие на организм животного, имеет свои собственные петли обратной связи, управляющие изменениями мозговой деятельности. Сравнительные исследования показывают, что такие сети, уходящие корнями глубоко в недра эволюции, появились вскоре после кембрийского взрыва[307], около 530 миллионов лет назад.

Нейрогормоны – это вещества, которые действуют как сигнальные молекулы в мозге.

Хотя общие целевые области, на которых сосредоточена активность нейрогормонов, можно определить, остается неясным, как именно они изменяют работу мозга, вызывая наблюдаемые изменения в поведении. Например, нейроны в мозге крысы, чувствительные к окситоцину, влияют на питание, различные аспекты размножения, социальное поведение и водно-солевой баланс организма животного. Каким-то образом один и тот же нейрогормон координирует сложные и очень разные формы поведения. Эта сложность – признанная фон Нейманом в процессе его серьезных размышлений о связи между мозгом и компьютером, – показывает, что мозг является сложным органом, занимающимся параллельной обработкой данных. Он может делать несколько вещей одновременно, используя как почти цифровую, так и аналоговую передачу сигналов, а также непрерывную, аналоговую передачу через нейрогормоны.

Эндорфины вырабатываются после травмы и интенсивных физических нагрузок, из-за чего мы ощущаем «второе дыхание».

Одним из самых интригующих открытий, связанных с нейропептидами, стало описание опиоидных рецепторов в 1973 году Кэндис Перт, аспиранткой группы Снайдера [29]. Существование опиоидных рецепторов помогло объяснить, почему млекопитающие так заинтересованы в опиоидах – исследование финансировалось американской программой, разработанной для реагирования на растущее потребление героина жителями гетто и солдатами, воюющими во Вьетнаме. Также встал вопрос о том, почему вообще существуют такие рецепторы – должно быть, в мозге есть какое-то природное опиатоподобное вещество, способное связываться с ними. В 1975 году Джон Хьюз и Ганс Костерлиц из Абердинского университета обнаружили в мозге свиньи два нейропептида с мощной опиоидной активностью – эндорфины [30]. Несколько месяцев спустя группа Снайдера описала ту же пару эндорфинов у крысы. Они продолжали обнаруживать эти вещества в областях мозга, задействованных в эмоциональные реакциях, таким образом объяснив психоактивное действие опиоидов [31].

Теперь известно, что эндорфины вырабатываются после травмы, а также после интенсивных физических упражнений, из-за чего открывается «второе дыхание» и появляется чувство эйфории.

В 1978 году Снайдер, Хьюз и Костерлиц получили престижную Премию Ласкера[308] за работу над эндорфинами. Перт по понятным причинам чувствовала, что ею пренебрегли – открытие было ее в той же степени, что и Снайдера, – и публично протестовала. Кроме того, в прошлом году исследовательница не получила еще одну крупную награду – председатель комиссии впоследствии признал, что это было «значительным упущением», но никаких действий за словами не последовало [32]. Роль Перт так и не была официально признана.

* * *

Открытия в области химии мозга вместе с растущей осведомленностью общественности о таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, – одно из немногих долговременных последствий «Десятилетия мозга», объявленного в 1990-е годы американским президентом Джорджем Бушем-старшим, – позволили сформировать новые подходы к проблемам психического здоровья [33]. Одним из важных аспектов этих открытий было предположение, что аддиктивная сила некоторых наркотиков может быть основана на их способности высвобождать из нейронов дофамин. В 1990-х годах серия исследований Вольфрама Шульца из Кембриджского университета показала, что сети дофаминергических нейронов связаны с вознаграждением у животных. Теперь стало ясно, что все гораздо сложнее и что эти нейроны помогают измерять разницу между предсказанными и действительными условиями; они также могут модулировать кодирование аверсивных стимулов[309] [34]. Если ожидаемый стимул – включая аверсивный – не возникает, то дофаминовые нейроны сигнализируют об этом животному [35]. Они также обнаруживают временные связи между стимулом и вознаграждением или наказанием, которые лежат в основе обучения, распознают порядок событий и соответствующим образом усиливают или подавляют активность в своих синапсах [36].

В 1997 году Алан Лешнер из NIH написал статью в журнале Science под смелым названием «Зависимость – это болезнь мозга», в которой, исходя из представлений о дофаминовой системе, утверждал, что «практически все наркотики оказывают общее воздействие, прямо или косвенно, на один и тот же путь глубоко внутри мозга [37]. Переосмысливая природу зависимости таким образом, Лешнер подчеркивал важность нейробиологии в понимании психического здоровья и пытался создать более эффективную политику. Если зависимость вызвана болезнью мозга, утверждал он, нет смысла сажать людей за преступления, связанные с подпитыванием аддикции, не пытаясь их вылечить. Чтобы справиться с ключевой проблемой, утверждал Лешнер, необходимо биохимическое лечение.

Эта гипотеза постепенно усложнялась. Выяснилось, что, хотя уровень дофамина повышается при алкоголизме, это не относится ко всем зависимостям [38]. Многие вызывающие привыкание рекреационные[310] наркотики, такие как никотин, кокаин и амфетамины, изменяют концентрацию дофамина в одной и той же части мозга, но делают это в разных нейронах, разными путями и разными способами.

Например, опиаты[311] подавляют выработку дофамина, в то время как бензодиазепины усиливают возбуждение дофаминергических нейронов [39]. Тем не менее ведущие американские врачи продолжают дискутировать не только о том, что характер зависимости можно объяснить через модель биохимической «болезни» головного мозга, но и что данные наблюдения можно экстраполировать на другие «пагубные» привычки, такие как зависимость от интернета, еды и секса [40]. Смущает то, что основные последствия применения такой модели связаны с поведенческой терапией и изменениями политики, а не с поиском лекарственных препаратов, направленных против предполагаемой общей биохимической основы заболевания.

Гипотеза, что все виды аддиктивного поведения могут быть связаны с дофамином, – это нейроошибка.

Эти научные изыскания проникли в массовую культуру, и теперь повсеместно принято утверждать, что сила «вызывающих привыкание» вещей – от порнографии до социальных сетей – обусловлена активацией дофаминовой системы. В 2017 году Шон Паркер, один из основателей Facebook (он ушел в отставку в 2005 году), заявил, что они намеренно создали сайт, чтобы вызвать привыкание: «Мы… даем вам немного дофамина», – хвастался он [41]. Это чепуха. Правда, в одном исследовании сообщалось, что наблюдалось высвобождение дофамина в мозге испытуемых, когда те (восемь из них) играли в видеоигры. Однако эксперимент не имело никакой связи с зависимостью и не предоставил никаких доказательств того, что описанные эффекты имели какое-либо отношение к взаимодействию с компьютером (контрольной мерой был пустой экран, а не, скажем, чтение книги) [42]. Нет никаких доказательств того, что «Твиттер» взломал вашу дофаминовую систему. По мнению Вольфрама Шульца[312] (он-то должен знать!), мы не можем точно утверждать, что активация дофаминергических нейронов вызывает приятные ощущения. Гипотеза, что все виды аддиктивного поведения могут быть связаны с дофамином, является примером того, что обычно называют нейроошибками (neurobollocks). Несмотря на энтузиазм по поводу дофаминовой модели зависимости, кажется очевидным, что, хотя различные аддиктивные формы поведения могут выглядеть – и ощущаться – одинаково, в их основе, вероятно, лежат различные механизмы.

Отчасти проблема в поиске связи между психическим заболеванием и физиологией заключается в том, что психиатрические диагнозы не очень точны. В США они основаны на «Диагностическом и статистическом руководстве по психическим расстройствам»[313] (широко известном как DSM), коллективном труде Американской психиатрической ассоциации, которое эффективно определяет, что считать психическим расстройством [43]. Медицинские взгляды на этот счет меняются не в последнюю очередь потому, что границы психического здоровья частично социально детерминированы. В 1980-х годах гомосексуализм был вычеркнут из черновиков более ранней версии DSM только после кровопролитной битвы. В большинстве случаев причины проблем с психическим здоровьем трудно объяснить с точки зрения функции мозга или химии. Одним из исключений является болезнь Альцгеймера, которая связана с появлением аномальных форм белка, разрушающих структуру мозга. Но даже здесь трудно отделить друг от друга причины, следствия и сопутствующие факторы и еще труднее придумать эффективное лечение. Наше понимание происхождения психических патологий и способов их лечения остается крайне неудовлетворительным.

* * *

Наиболее известной попыткой объединить фармакологические технологии и физиологические основы психических расстройств стало исследование роли серотонина в возникновении депрессии[314]. Когда нейромедиаторы высвобождаются в синапс, они связываются с рецепторами на постсинаптической клетке. Нейронный сигнал обрывается, когда нейромедиатор реабсорбируется (всасывается обратно) в пресинаптическую клетку. Открытие «обратного захвата» привело к созданию препаратов, известных как селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС), которые, препятствуя этому процессу, могут повышать уровень данного нейромедиатора. Утверждается, что таким образом препараты облегчают симптомы депрессии. Наиболее известная и успешная американская версия СИОЗС, «Прозак», стала широко назначаться во всем мире, и многие пациенты считают, что данный препарат изменил их жизнь.

Некоторые ученые предполагают, что низкий уровень серотонина вызывает депрессию.

И все же мы практически не знаем, что именно происходит, когда человек принимает СИОЗС. Неизвестно, действительно ли у человека, страдающего депрессией, низкий уровень серотонина и как на это влияют СИОЗС. На клеточном уровне обратный захват серотонина очень быстро корректируется с помощью СИОЗС, но для изменения настроения требуются недели, при условии, что они вообще произойдут [44]. Не существует физиологического маркера депрессии (или любого другого психического расстройства). И недавний геномный анализ генетических факторов более 800 000 человек продемонстрировал, что «среди генов, ассоциированных с депрессией и определявшихся в нашем исследовании, не обнаружилось генов, связанных с серотонинергической системой» (ученые повторили исследование еще с 1,2 миллиона испытуемых и снова не установили связи с серотонином) [45]. Это была не первая неудача в поиске связи между депрессией и генетическими факторами, участвующими в метаболизме серотонина. Грубо говоря, на данный момент нет никаких убедительных доказательств, что эмоциональная подавленность обусловлена низким уровнем серотонина, а также того, что на самом деле делают СИОЗС с концентрацией этого нейромедиатора в мозге пациентов.

У депрессии нет физиологического маркера.

Многие больные сообщают, что не чувствуют улучшения во время приема СИОЗС, и сочетание научных споров по поводу данных, подозрений в истинных мотивах фармацевтических компаний и отчаяния со стороны некоторых пациентов, страдающих серьезными побочными эффектами, привело к непрекращающейся дискусси о том, эффективны ли СИОЗС вообще [46]. Вероятно, это не лучший способ сформулировать проблему: ключевой вопрос, по-видимому, заключается в том, какой доле пациентов действительно оказывается помощь и в какой степени, а также как (если это возможно) можно выявить подобных больных до назначения лекарств[315] [47]. Возможно, самым интригующим аспектом внедрения СИОЗС в нашу культуру было то, что общественность приняла объяснение депрессии, выдвинутое учеными, хотя оно и остается недоказанным. Обычно заслугу в развитии гипотезы о том, что низкий уровень серотонина порождает депрессию, приписывают двум мужчинам. На самом же деле ни один из них не формулировал ничего подобного. В 1965 году Джозеф Шильдкраут обобщил различные способы, с помощью которых класс химических веществ, известных как моноамины – норадреналин, дофамин и серотонин, – мог бы объяснить депрессию и другие расстройства, не указывая конкретно на низкий уровень серотонина. Два года спустя роль моноаминов в депрессии был изучена Алеком Коппеном, психиатром, работающим в Медицинском исследовательском совете в Великобритании. Но даже он не пошел дальше допущения о значении трех веществ в развитии ряда болезней: «Дефицит моноаминов не является единственной причиной расстройства», – писал он [48].

Тем не менее эта идея широко распространилась в психиатрических кругах. И в 1974 году два ученых из Филадельфии провели обзор большого числа исследований, «чтобы оценить гипотезу о том, что клиническая депрессия связана со снижением активности биогенных аминов». Особое внимание они уделили экспериментам на здоровых испытуемых по изучению эффектов PCPA (фенклонина), препарата, снижающего уровень серотонина в мозге. Они отметили, что, хотя поступали сообщения об усилении возбуждения и замешательства, у испытуемых не наблюдалось никаких признаков депрессии. В более обширных исследованиях на животных регистрируемые поведенческие изменения включали бессонницу и гиперагрессию, которая, «если что-то и напоминало, то манию». Как и Коппен в предыдущем десятилетии, исследователи пришли к выводу, что снижения количества моноаминов «само по себе недостаточно для объяснения причин развития клинической депрессии» [49].

Пять лет спустя исследователи сообщили, что у пациентов, страдающих депрессией, с персистирующими[316] нарушениями серотонина наблюдалась более высокая частота развития депрессии, чем у людей, не имевших таких отклонений. Таким образом, ученые пришли к выводу, что это указывает на предрасполагающий к заболеванию фактор [50]. Эта интересная точка зрения быстро трансформировалась в нечто гораздо более определенное, и к 1980-м годам идея о том, что низкий уровень серотонина может непосредственно вызывать депрессию, приобрела популярность, став известной как теория химического дисбаланса [51]. Концепция вскоре была расширена для объяснения других проблем психического здоровья, таких как биполярное расстройство, синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) и тревожность. И теперь она глубоко укоренилась в популярных воззрениях, фармацевтической рекламе и умах журналистов, хотя некоторые психиатры утверждают, что никогда по-настоящему не принимали данную теорию [52]. В некотором смысле идея «химического дисбаланса» представляет собой сокращенную версию эмпирической истины, что лекарство, изменяющее химию мозга, может облегчить проявление тревожных симптомов. Примечательно, что то, как пациенты – и врачи – мыслят о биохимических причинах «неправильного» функционирования мозга, по большому счету не так уж отличается от галеновского объяснения болезни «четырьмя гуморами», которое доминировало в европейской культуре и считалось медициной больше тысячи лет[317].

Хроническое нарушение серотонина указывает на предрасполагающий фактор развития депрессии.

Одна из вероятных причин широкого признания теории химического дисбаланса заключается в том, что она похожа на правду. Люди с депрессией часто описывают свои симптомы как подавляющие и говорят, что ощущение безнадежности, неспособность чувствовать радость подобны огромному серому одеялу, покрывающему ум. Точно так же люди, страдающие зависимостью, чувствуют, что ими движет некая сила, находящаяся вне их контроля, – «как будто меня дергают за ниточки». То, что гипотеза кажется правдивой, еще не делает ее истинной, но она может проиллюстрировать, как и почему мы соглашаемся с неадекватными и потенциально ложными объяснениями.

Скорее всего, маловероятно, что существует одна-единственная причина и самое лучшее лечение депрессии или любого другого психического заболевания. В первую очередь доминирование определенной точки зрения говорит о нынешнем отсутствии интереса у крупных фармацевтических компаний к разработке новых лекарств для укрепления и поддержания психического здоровья. 1950-е годы были расцветом «большой фармы» (Big Pharma), но это время осталось далеко позади. В 2012 году Г. Кристиан Фибигер, психиатр, сыгравший ведущую роль в мировой фармацевтической промышленности, мрачно сообщил: «Психофармакология находится в кризисе. Мы располагаем данными и отчетливо представляем, что масштабный эксперимент провалился: несмотря на десятилетия исследований и миллиарды долларов вложений, более чем за 30 лет ни один препарат с новым механизмом действия не вышел на психиатрический рынок» [53]. И это не изменится в ближайшее время – в 2010 году Glaxo-Smith-kline и AstraZeneca, пара крупнейших мировых фармацевтических компаний, объявили, что прекращают разработку новых лекарств, предназначенных для лечения психических заболеваний. Объяснение простое: все дело в деньгах. Обе компании считали, что вероятность провала слишком велика, чтобы оправдать риск для своих акционеров. Мы не можем ожидать, что в обозримом будущем появятся новые методы лечения. Как выразился британский социолог Николас Роуз: «Трубопровод пуст!» [54]

* * *

Другая теория происхождения психических расстройств, нашедшая отклик в обществе, – это роль генов в определении нашего поведения. В то время как генетика стала основным инструментом в исследовании функции мозга у лабораторных животных, она оказалась гораздо менее успешной в объяснении функции человеческого мозга и его заболеваний. Тем не менее многие люди согласились с предположением, что проблемы с психикой коренятся в генетике. Опять же, сила столь очевидных объяснений, по-видимому, заключается в нашем субъективном опыте. Для многих пациентов их психические нарушения кажутся неотъемлемыми свойствами личности – таковы они сами. Но только свойства нашей личности не означают, что в некоторых или во всех существенных аспектах нашего характера есть сильный или явный генетический компонент. Доминирование одной из рук – это существенный признак, и он воспринимается как часть нашей личности, но вклад генетических факторов в эту особенность до сих пор под вопросом, а те, что вовлечены, по-видимому, очень сложны [55].

Шизофрения и аутизм могут передаваться по наследству.

В действительности нет примеров точных и строго определенных основополагающих генетических компонентов, объясняющих проблемы психического здоровья. Шизофрения и аутизм имеют существенные наследственные элементы, но нет гена ни для одного из этих состояний, как и для депрессии. Вместо этого десятки или сотни генов, каждый с очень небольшим влиянием, могут способствовать предрасположенности к данному заболеванию. Поиск генетических основ психических расстройств по крайней мере в одном случае привел в тупик. С конца 1990-х годов исследователи заинтересовались геном, кодирующим транспортер серотонина SlC6A4. Варианты в гене, по-видимому, были связаны с депрессией, что соответствовало модели СИОЗС. Были опубликованы сотни работ: практически все они внесли вклад в убеждение, что SlC6A4 вместе с рядом других генов содержит ключ к пониманию депрессии и, в частности, связи с тревожностью. В 2019 году исследователи изучили роль этих генов, используя большие объемы данных (до 443 264 человек) и строгие статистические методы, которые требовали от них описания ожидаемых результатов до проведения исследования, а не бесконечного поиска статистической значимости после него. Они пришли к выводу, что время и усилия были потрачены впустую. Не обнаружилось никаких доказательств того, что восемнадцать генов, которые, как считалось, играют некую роль в развитии депрессии, в том числе SlC6A4, действительно ответственны за развитие заболевания [56].

По словам Кевина Митчелла, генетика из дублинского Тринити-колледжа, когда речь идет о психическом здоровье, наши диагностические инструменты очень слабы, и поэтому мы оказываемся не в состоянии выявить гены, которые действительно участвуют в развитии этих состояний [57]. Если бы ученые начали идентифицировать гены, последовательно обнаруживающиеся у некоторых пациентов с конкретным диагнозом, то смогли бы улучшить как сами диагностические методы, так и понимание глубинных причин психических расстройств, и даже, вероятно, найти более эффективные методы лечения.

Как бы то ни было, гены не являются магическими силами, влияющими на мозг. Так или иначе они просто определяют первичную структуру белков, которые производятся в нашем организме. Неважно, насколько конкретный психический феномен может ощущаться или ощущается как неотъемлемая черта личности человека. Если этот феномен имеет сильную генетическую составляющую, это в итоге отразится в структуре белка, производимого в строго определенное время и в строго определенных зонах мозга, на процесс выработки которого, в свою очередь, будут влиять мириады факторов окружающей среды. Учитывая слабое понимание даже очень простых нервных систем, разгадка генетической архитектуры человеческого мозга и того, как он взаимодействует с окружающей средой, займет столетия.

Огромный проект, запущенный NIH в США под названием PsychENCODE, включал пятнадцать исследовательских институтов и поставил амбициозную цель выявить все генетические факторы, вовлеченные в работу человеческого мозга, охарактеризовать их роль в его эволюции и развитии и прежде всего в возникновении нейропсихиатрических расстройств [58]. В конце 2018 года были опубликованы первые несколько работ, но массовых открытий не последовало, отчасти потому, что подход предполагал, что категории, связанные с психическим здоровьем, надежны и валидны (например, шизофрения – это единственное, что можно уверенно идентифицировать) и что конечная причина развития заболеваний – молекулярная. Ни то, ни другое не является истиной. Хотя огромная база данных, созданная консорциумом, является полезной отправной точкой, лежащее в основе предположение о том, что существуют надежные биомаркеры проблем психического здоровья, тесно связанные с генетическими вариантами, почти наверняка ошибочно.

* * *

В отсутствие каких-либо четких ответов на вопросы психического здоровья некогда модные методы лечения, такие как электросудорожная терапия (ЭСТ), возвращаются. ЭСТ, вызывающая припадок у пациента, была впервые использована в 1930-х годах и к 1940-м годам стала широко применяться в США для лечения депрессии [59]. Но она вышла из моды, поскольку фармакологические подходы, казалось, предлагали лучшую альтернативу. Были также неоднократные заявления о потере памяти, и общественность пришла в ужас от того, что может происходить с пациентом во время лечения, как это показано в фильме Милоша Формана 1975 года «Пролетая над гнездом кукушки». Возможно, в книге Сильвии Плат 1963 года «Под стеклянным колпаком» представлено более эмоциональное описание:

«И тут что-то обрушилось на меня, захватило и принялось трясти так, что мне показалось, будто началось светопреставление. Это нечто завизжало и заверещало, в воздухе вспыхнули сполохи синего света, и с каждой вспышкой в меня вонзался гигантский железный прут, и мне казалось, что мои кости сейчас треснут и сок брызнет из меня, как из расщепленного дерева»[318] [60].

Благодаря использованию миорелаксантов теперь ЭСТ, как правило, гораздо менее ужасна, чем рассказано в романе Плат, но часть предубеждений сохраняется. Отчасти потому, что мы не знаем, как работает терапия и эффективна ли она вообще[319]. Некоторые пациенты считают ЭСТ чуть ли не даром божьим, а другие относятся к методу непримиримо враждебно.

К 1940-м годам электросудорожная терапия стала широко применяться в США для лечения депрессии.

Каждый год около 1 миллиона человек по всему миру проходят лечение методом ЭСТ [61].

Еще одним отзвуком 1950-х является возрастание научного и медицинского интереса к ЛСД [62]. Препарат, который, казалось, давал ключ к пониманию химии мозга и – по мнению некоторых людей, принимавших наркотик, – открывал дверь в другую реальность, может приносить больше пользы, чем просто давать возможность расслабиться. Исследователи пытаются понять, как действует ЛСД, в частности, они изменяют коннективность в мозге, с целью создания общемозговой модели нейромодуляторной активности [63]. Ученые утверждают, что такой подход может «открыть новое понимание функций здорового и больного человеческого мозга и применяться для разработки препаратов и методов лечения нейропсихиатрических расстройств» [64]. Кетамин, мощный анестетик[320], ставший популярным в качестве рекреационного наркотика в клубной культуре 1990-х годов, вызвал кричащие заголовки таблоидов. Сейчас он адаптирован и одобрен для использования в качестве антидепрессанта в США – врачи впервые заметили терапевтические эффекты в 2000 году [65]. Джошуа Гордон, руководитель NIMH, откликнулся следующим образом: «Удивительные новости… Первый по-настоящему новый антидепрессант за последние десятилетия и первый таргетный[321] препарат для невосприимчивых к лечению пациентов» [66]. Учитывая повторяющиеся циклы подъемов и спадов, которые характерны для медикаментозного лечения психических заболеваний, через несколько лет мы, возможно, взглянем на это менее оптимистично.

Поразительно, что, несмотря на сильное изменение общественных взглядов на психическое здоровье, большой объем финансирования, выделяемого на такие исследования, и растущее число ученых и врачей, занимающихся поиском причин проблем психического здоровья и потенциальных решений, общее облегчение страданий, испытываемых пациентами, по-видимому, было минимальным. Томас Инсель, возглавлявший NIMH с 2002 по 2015 год, недавно признал это:

«Я провел 13 лет в NIMH, действительно продвигая нейробиологию и генетику психических расстройств. И когда я оглядываюсь назад, то понимаю, что, хотя думаю, что мне удалось получить много действительно крутых работ, опубликованных крутыми учеными с довольно большими затратами – наверное, 20 миллиардов долларов, – не думаю, что мы достигли чего-то в вопросе сокращения числа самоубийств и госпитализаций, улучшении здоровья десятков миллионов людей, страдающих психическими заболеваниями» [67].

Не знаю, что тут сказать. Все еще неизвестно, как работает здоровый мозг и разум, поэтому неудивительно, что мы не в состоянии эффективно повлиять ситуацию, когда что-то идет не так. Такие исследователи, как я, работающие над феноменами, далекими от расстройств психического здоровья, могут лишь признать существование огромного разрыва между фундаментальными знаниями о функционировании человеческого мозга и отдаленными перспективами любого эффективного метода лечения, а затем вернуться к повседневной работе (в моем случае к изучению обоняния личинки). Но для врачей, столкнувшихся с кем-то в отчаянной нужде, или, прежде всего, для пациентов и их семей (я являюсь членом такой семьи) все далеко не просто. Срочно требуется действенная и безопасная терапия. Если смотреть правде в глаза, то отсутствие научного понимания принципов действия препарата или метода лечения было бы совершенно неважно до тех пор, пока эти препараты и методы действительно помогают.

14

Локализация. 1950-е – настоящее время

На протяжении долгого пути познания и поисков понимания мозга рефреном звучало утверждение, что конкретные функции локализованы в определенных частях нервной системы[322]. Сначала эта идея существовала лишь на уровне предположений – наиболее ранними письменными свидетельствами подобных представлений являются различные версии локализации желудочков, которые были популярны в Европе в течение тысячи лет вплоть до XVI–XVII веков. Френологи начала XIX века усматривали десятки смутных психологических или поведенческих черт в выпуклостях черепа, а затем в воображаемых «органах» мозга. Начиная с середины XIX века стали находить убедительные доказательства локализации отдельных функций, например речевого и двигательного контроля, но пока еще было недостаточно аргументов в пользу распределения высших умственных способностей по специальным областям мозга. Ученым не хватало способов измерения мозговой активности во время выполнения психологической или поведенческой задачи.

Создание методов регистрации электрофизиологической активности сначала всего мозга – электроэнцефалограммы (ЭЭГ), первоначально разработанной Бергером в 1920-х годах, – а затем отдельных его областей и, в конечном счете, клеток, не решила проблемы. Данные методы были либо слишком общими, как ЭЭГ, либо чрезвычайно специфичными, сообщавшими только о том, как реагирует выбранный небольшой участкок мозга.

Чтобы достичь большей определенности относительно уникальной роли конкретной области в данном процессе, исследователям нужен был метод, который бы оценивал общую меру активности и одновременно выявлял изменения на локальном уровне. Этого удалось достичь в начале 1990-х годов, когда новая техника визуализации мозга породила целую лавину исследований, изменивших современное представление о мозге [1].

Самые ранние разработки в области визуализации мозга были сосредоточены на анатомии.

Компьютерная томография представляет собой рентгеновские изображения головы.

Компьютерная томография (КТ) получила широкое распространение в 1970-х годах и представляла собой получение нескольких (послойных) рентгеновских изображений головы пациента. Компьютерный томограф был создан в 1960-х годах британским инженером-электриком Годфри Хаунсфилдом (знакомый Хаунсфилда Аллан Кормак в Южной Африке занимался теоретической работой в том же направлении[323]). Сканер впервые был использован в 1971 году для получения изображения мозга пациентки с подозрением на опухоль лобной доли. Когда хирург в конце концов прооперировал ее, он сказал, что то, что он нашел, выглядело «точно как на картинке» [2]. Новый подход, основанный на растущей доступности компьютеров для выполнения необходимых вычислений и получения изображения, быстро трансформировал диагностику физических патологий мозга, и в 1979 году Хаунсфилд и Кормак были совместно удостоены Нобелевской премии за свое изобретение.

Компьютерный томограф был создан в 1960-х годах.

Компьютерная томография, как и простые рентгеновские снимки, выявляет структуру на довольно грубом уровне[324] и не дает прямой информации о функциях. Все изменилось с развитием позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), появившейся в середине 1970-х годов благодаря работам Маркуса Райхла, Майкла Фелпса и Майкла Тер-Погосяна[325]. Этот метод диагностики измерял метаболическую активность в определенной области мозга путем введения слабого радиоактивного индикатора (трассера), такого как вода с радиоактивным изотопом кислорода. Быстро распадающиеся изотопы, используемые в ПЭТ, приводят к излучению гамма-лучей, которые затем можно увидеть [3]. Поскольку эти радиоизотопы быстро интегрируются в нормальную метаболическую активность мозга, в 1988 году Райхл и его коллеги смогли использовать ПЭТ, чтобы показать локальные изменения в активности мозга, когда испытуемые слышали слова [4]. Одна из статей, опубликованная исследователями в 1988 году, получила название, в котором фактически излагался новый подход в их работе, – «Локализация когнитивных операций в человеческом мозге».

Тем не менее ПЭТ-сканирование оставалось слишком медленным и неточным для того, чтобы ученые могли установить четкие связи между структурой мозга и тонкими психологическими функциями. Кроме того, метод подразумевал введение инъекций радиоизотопов, ограничивающих его привлекательность. Решающий прорыв произошел с появлением самой влиятельной технологии визуализации мозга – функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ)[326], которая измеряет поведение атомов в сильном магнитном поле и в настоящее время является доминирующей формой визуализации. В 1991 году Джек Белливо и его коллеги опубликовали статью в журнале Science, описывающую изменения кровотока в зрительной коре во время визуальной стимуляции. В качестве обложки выпуска (для ученого это важное событие!) была выбрана эффектная иллюстрация, представлявшая собой сгенерированное компьютером изображение головы (вид сзади) в оттенках серого. Затылочная часть головы была вскрыта, и читатели могли видеть обнаженную поверхность мозга с небольшими областями красного и желтого цвета, где было обнаружено изменение кровотока.

Публикация вызвала необычайный резонанс, как и надеялись исследователи. Нэнси Канвишер, ныне ведущий специалист по фМРТ, в то время была еще молодым исследователем и вспоминала свое воодушевление: «Эти изображения изменили все… Теперь ученые могут наблюдать, как активность нормального человеческого мозга меняется со временем, когда он видит, думает и запоминает» [5].

Метод Белливо по-прежнему основывался на введении контрастного вещества. Следующим шагом, предпринятым в течение года тремя группами практически одновременно, было измерение уровня оксигенации[327] в крови в определенной области мозга путем наблюдения за поведением атомов железа в оксигенированном и дезоксигенированном гемоглобине (эта мера, как говорят, зависит от уровня кислорода в крови – англ. Blood Oxygen Level Dependent – BOLD), пока пациент находился в магнитном сканере, выполняя простые психологические задачи.

Функциональная магнитно-резонансная томография измеряет поведение атомов в магнитном поле.

C помощью фМРТ можно обнаружить различия в магнитных реакциях оксигенированного и дезоксигенированного гемоглобина в крови в разных зонах, которые представлены в виде ярких цветов на изображении мозга. Часто говорят, что на этих изображениях мозг «светится», когда субъект занят определенной умственной деятельностью[328]. Таким образом, фМРТ дает простую оценку физиологии мозга, его функции как органа в нашем теле. Полученные снимки непосредственно не описывают ничего похожего на действительную активность нейронов.

Мозг при фМРТ-сканировании – это не компьютер и не нейронная сеть, а железа.

Канвишер вспомнила свое волнение, когда она впервые увидела результаты фМРТ-сканирования в 1995 году (мозг был ее собственным):

«Самое захватывающее, что при фМРТ можно в реальном времени видеть реакции отдельных вокселей[329] (наименьшая единица изображения), что сигнал был выше в периоды, когда я смотрела на лица, чем когда смотрела на объекты».

Казалось возможным, что когнитивные процессы действительно локализованы в очень специфических областях мозга, как Райхл провозгласил несколькими годами ранее. Революция фМРТ началась.

Метод фМРТ оказал огромное влияние на науку – по этой теме сейчас выходит около 8000 статей в год.

Последний шаг состоял в том, чтобы убедить скептически настроенных ученых, что фМРТ действительно напрямую отражает нейронную активность мозга путем одновременной записи от отдельных нейронов и измерения ответов фМРТ. Технически это было крайне сложно. Размещение электродов в магнитном поле сканера подразумевает электрическую активность, способную затруднить идентификацию ответов нейронов, с которых ведется запись. В конце концов, в 2001 году – через десять лет после смелого прорыва – Никос Логотетис[330] и его коллеги опубликовали статью, в которой показали, что фМРТ действительно тесно связана с активностью нейронов [6].

Влияние метода фМРТ на науку было экстраординарным. Менее чем за тридцать лет по этой теме было опубликовано более 100 000 научных статей, в настоящее время выходит около 8000 статей в год.

СМИ очень любят подобные исследования из-за получаемых учеными впечатляющих изображений и относительно простой истории, которая, кажется, говорит о том, как работает мозг. Например, журналисты уверяют читателей, что фМРТ может объяснить индивидуальные различия («мозг человека с игроманией устроен иначе») или даже читать наши мысли («фМРТ знает ваши секреты»). Странным образом снимки иногда используются для подтверждения субъективных переживаний, как будто цветные пятна делают наши чувства более реальными («построение изображений мозга дает визуальное доказательство того, что иглоукалывание облегчает боль» или «жирная пища действительно приносит удовольствие») [7]. Есть также ложные утверждения, что при сканировании мозга можно определить, лжете ли вы, хотя ни один суд еще не признал использование этого метода, в то время как одна исследовательская группа утверждает, что мозг убийц организован специфичным образом [8]. Антиутопический потенциал новой технологии очевиден и представляет растущий интерес для социологов и этиков [9].

* * *

Соблазнительная сила фМРТ как для исследователей, так и для широкой публики проистекает из ее очевидной способности идентифицировать точные области мозга, активирующиеся при выполнении определенной умственной деятельности. Но эти интуитивные образы гораздо сложнее, чем кажутся.

С помощью фМРТ можно увидеть области мозга, которые активируются при выполнении умственных действий.

Мозг – живой орган, выполняющий всевозможные действия, поэтому существует высокий уровень активности, на фоне которого исследователям приходится выделять интересующие их изменения. Вычисление часто очень небольших различий в уровнях оксигенации между областями – различий, которые проявляются яркими цветами, тем самым подразумевая точность и интенсивность, которые данные могут не оправдать, – включает в себя сложные программные пакеты, способные привести к серьезным ошибкам. В 2016 году группа исследователей фМРТ изучила более 3 миллионов снимков и их интерпретаций из опубликованных статей и обнаружила, что «наиболее распространенные программные пакеты для анализа фМРТ… могут приводить к ложноположительным результатам с частотой до 70 %. Эти результаты ставят под сомнение достоверность около 40 000 исследований фМРТ и могут оказать большое влияние на интерпретацию результатов нейровизуализации» [10]. Некоторые исследователи оспаривали этот тревожный вывод (цифра в 40 000 в итоге была снижена до нескольких тысяч), но многие приветствовали его как возможность прояснить научное недоверие к методу, получившему широкое распространение за последние тридцать лет [11].

Это уже не первый случай, когда возникают сомнения в интерпретации данных фМРТ. В 2008 году Никос Логотетис предупредил о серьезных проблемах с методами, используемыми во многих исследованиях фМРТ. В частности, он сосредоточился на том факте, что фМРТ обеспечивает суррогатную оценку мозговой активности – показывает кровоток в больших областях, а не фактическую активность клеток, даже если они четко связаны. По его мнению, исследователи должны иметь это в виду:

«Ограничения фМРТ не связаны с физикой или плохой инженерией и вряд ли будут решены путем увеличения сложности и мощности сканеров. Вместо этого они обусловлены сетевой и функциональной организацией мозга, а также неадекватными экспериментальными протоколами, которые игнорируют эту организацию» [12].

Такая критика особенно справедлива, когда в исследованиях фМРТ утверждается, что конкретная зона мозга «загорается», когда, скажем, ощущается определенная эмоция. Как отметил исследователь фМРТ Рассел Полдрак[331], «редко существует такое взаимно однозначное соответствие; большинство областей мозга активируются во многих различных контекстах» [13]. Даже там, где такая тесная связь действительно наблюдается, это просто корреляция. Чтобы доказать, что область на самом деле является единственным местом конкретной мысли или переживания, требуется изучить пациентов с поражениями в этой области или каким-то образом стимулировать ее. Таких исследований немного, и некоторые из тех, что были проведены, потерпели поражение в попытке доказать предсказанную причинно-следственную связь [14].

Исследователи выяснили, что результаты фМРТ могут быть ложноположительными с частотой до 70 %.

Одна из проблем, связанных с интерпретацией данных фМРТ, привлекла всеобщее внимание в 2009 году после появления статьи под провокационным названием «Корреляции вуду в социальной нейробиологии» в малоизвестном психологическом журнале. Статья подчеркнула «поразительно сильные» корреляции, наблюдаемые во многих исследованиях между активацией точно определенных зон мозга и конкретным поведением или чувством. Авторы зашли так далеко, что заявили, что результаты некоторых подобных исследований были «невероятными», и бросили вызов авторам первоначальных работ повторно проанализировать свои данные [15].

К всеобщему удивлению, их аргумент, основанный на довольно загадочной статистической «придирке», стал вирусным [16]. (К сожалению, в этот момент редакторы журнала, куда была отправлена статья, потеряли самообладание и настояли на том, чтобы статье дали менее броское название.) В результате инцидента все пришли к общему мнению, что необходимы более проверенные результаты исследования и бо́льшая строгость. Учитывая, что те же самые вещи были сказаны снова пять лет спустя, когда обнаружился сбой в программном обеспечении визуализации, кажется, что такие уроки усваиваются на некоторое время, но вскоре забываются.

Некоторые исследователи фМРТ с задорным огоньком в глазах демонстрировали свое понимание имеющихся проблем. Через пару месяцев после того, как вспыхнул «скандал вуду», председатель организации по картированию человеческого мозга выступил на ежегодном собрании и описал один из докладов на конференции, которые, по его мнению, представляли особый интерес. Это было исследование Крейга Беннета и его коллег, и оно было проведено на мертвом лососе. Описание процедуры, представленное Беннеттом, стоит прочитать:

«В исследовании фМРТ участвовал один зрелый атлантический лосось (Salmo salar). Лосось был приблизительно 45 см в длину, весил 1,7 кг и не был жив во время сканирования. Задача, поставленная перед лососем, включала в себя выполнение ментальной задачи без единого правильного ответа. Лососю показали серию фотографий, изображающих индивидов в социальных ситуациях со специфическим эмоциональным значением. Лосося попросили определить, какие эмоции испытывал человек на фотографии» [17].

В то время как мертвую рыбу допрашивали о серии фотографий, фМРТ-сканирование выявило несколько значимых реакций (р < 0,001, если выражаться научно) в небольшой, 27 мм^3 области мозга умершего животного. Согласно традиционной интерпретации результатов фМРТ, мертвая рыба обрабатывала фотографии в специфической зоне мозга. Смысл этого сатирического исследования состоял в том, что требовались более строгие и сложные статистические методы: в смелых измерениях мозга мертвого животного были случайные вариации, которые могли быть ошибочно истолкованы как значимые. Неявный вывод заключался в том, что то же самое может происходить и в исследованиях живых субъектов. Более полная версия вскоре была опубликована в The Journal of Serendipitous and Unexpected Results, а в 2012 году исследование было удостоено Шнобелевской премии[332].

Более серьезный подход к данной проблеме обозначился в 2017 году, когда группа ученых во главе с Расселом Полдраком, чья работа тоже была среди исследований, раскритикованных в статье о корреляциях вуду, выдвинула ряд рекомендаций, как можно улучшить валидность[333] исследований фМРТ [18]. В частности, они предложили увеличить число испытуемых и четко указать перед началом эксперимента, какие области мозга, как ожидается, будут задействованы (слишком часто ученые тщательно просматривают данные в поисках какого-то эффекта, что увеличивает вероятность ошибки). Нужно проделать долгий путь к устранению некоторых методологических сомнений в экспериментальном проектировании, на которые указывают критики фМРТ.

* * *

Но даже если эксперименты будут разрабатываться более строго, остается загвоздка с интерпретацией данных фМРТ. Немногие работы по визуализации используют свои результаты, чтобы дать представление о том, как работает мозг, – это подразумевало бы описание наглядно представленных и вычислительных процессов, которые осуществляются в разных областях, – потому что их данные мало что говорят по данному вопросу. В этом отношении существует пропасть между общественным восприятием результатов подобных исследований и тем, как ученые интерпретируют данные. Многие исследователи фМРТ знают, что полученные ими сведения должны быть интегрированы во всеобъемлющую структуру функций мозга, но пока что они не могут этого сделать: ни соответствующих данных, ни подходящей теоретической базы не существует.

Несмотря на экзистенциальные проблемы, исследователи фМРТ по праву гордятся своими экспериментами, и некоторые из них твердо отстаивают теорию локализации, которую подразумевают их результаты. Например, в 1997 году Нэнси Канвишер использовала фМРТ для выявления области мозга, которая, по-видимому, участвует в распознавании лиц, – веретенообразной извилины. Даже продолжительный спор с такими исследователями, как Джим Хаксби, заявлявшим, что распознавание лиц носит более распределенный характер [19], а также критику метода, использованного Канвишер для идентификации мозговой области, она утверждает, что результаты ее эксперимента дают четкие доказательства сильно локализованных функций. И действительно, электрофизиологическая работа Дорис Цао показала, что у макаки та же область мозга отвечает за распознавание лиц.

Канвишер пытается отгородиться от предположения, что она является некоей современной версией френолога. «Ни один сложный когнитивный процесс не осуществляется в одной области мозга, и аргументы в пользу специфичности этих областей ни в коем случае не подразумевают, что другие зоны мозга не играют никакой роли», – поясняет она [20]. Исследовательница указывает на стимулы, которые не имеют определенных мозговых зон обработки (например, цветы, пауки и змеи), но все же настаивает на том, что в мозге есть четкие анатомически обоснованные функциональные модули. Канвишер даже высказала идею, что «функциональная визуализация мозга начала очень конкретно раскрывать функциональную организацию человеческого разума». И эта функциональная организация, говорит она, модульная – разные области мозга делают разные вещи. Как отмечает Канвишер в статье 2017 года, посвященной двадцатилетнему юбилею ее открытия: «Я бы сказала, что для понимания человеческого разума функционально специфические области мозга действительно разделяют все на виды[334], улавливая структуру, присущую как когнитивным, так и нейронным данным» [21].

Раздражение из-за иногда поверхностной интерпретации результатов фМРТ в сочетании с признанными методологическими проблемами воздвигли стену непонимания между теми, кто использует данную технику, и многими другими нейроучеными. Например, указывая в своем «Твиттере» на проблемы, связанные с фМРТ, Альберт Кардона, предпринимающий попытки создать коннектом мозга личинки дрозофилы, пишет: «Лишь однажды мне удалось побывать на лекции по нейробиологии об фМРТ, где я не чувствовал, что мне продают змеиное масло[335]». Несколько месяцев спустя Дэниел Макартур, ведущий ученый в сфере человеческой генетики, заметил в «Твиттере», что «привык не верить ничему, связанному со словом “фМРТ”». А в 2019 году дублинский нейрогенетик Кевин Митчелл подчеркнул изначально присущий недостаток разрешения в исследованиях структуры мозга с помощью фМРТ, прямо заявив, что «общая проблема с нейровизуализацией – это просто какое-то дерьмо» [22].

Критически настроенные ученые не впечатлены, так как привыкли исследовать очень точные эффекты в отдельных клетках или эффекты, которые производятся конкретными генами, в то время как фМРТ не может измерить то, что действительно важно для мозга, – потенциалы действия, фактический сигнал в нейроне [23]. Мозг настолько плотный, что в 2008 году Никос Логотетис подсчитал, что в каждом пикселе (вокселе) изображения мозга содержится ошеломляющее количество – 5,5 миллиона нейронов, от 2,2 до 5,5 × 1010 синапсов, 22 км дендритов и 220 км аксонов[336] [24]. Масштаб, в котором происходит реальное действие – в отдельных клетках и синапсах, а также в сетях клеток, – безнадежно размыт грубостью фМРТ. Кроме того, фМРТ измеряет изменения активности в секундах, в то время как нейроны посылают информацию в миллисекундном диапазоне. Еще более поразительно то, что с помощью фМРТ нельзя выявить один из ключевых аспектов работы мозга – разницу между активацией и торможением. Данная технология не может сказать нам, что делают отдельные клетки или их сети. Даже на уровне нейронных трактов метод не может сказать нам по существу, что происходит. Он чрезвычайно общо́ показывает, как в некоторых областях протекают некие процессы – сильнее или слабее относительно других областей. Возможно.

С помощью фМРТ нельзя выявить один из ключевых аспектов работы мозга – разницу между активацией и торможением.

В 2015 году Дорис Цао и ее коллеги продемонстрировали, что из-за крупнозернистой природы фМРТ нельзя полагаться даже на отрицательные результаты. Когда в ходе исследования фМРТ конкретная область мозга не «светится», мы не можем сделать никаких надежных выводов. Сравнив результаты фМРТ и записи реакций отдельных нейронов в области распознавания лиц зрительной коры макаки, команда Цао обнаружила, что фМРТ предполагает, будто данная область не отвечает за распознавание лиц. Однако гораздо более точная техника регистрации отдельных нейронов свидетельствовала, что информация действительно присутствует в активности клеток наблюдаемой области. Ее просто нельзя было идентифицировать из-за недостаточной точности фМРТ. Нейроны, участвующие в распознавании лиц, были слишком малочисленны и слишком разбросаны, чтобы их можно было отследить с помощью данного метода нейровизуализации [25].

Некоторые исследователи фМРТ выступили против такого рода критики. В 2017 году Оливия Гест и Брэдли Лав из Института Алана Тьюринга использовали нейронные сети для исследования данных фМРТ, изучая, как в них отражаются сходства и различия между визуальными объектами [26]. Сеть глубокого обучения идентифицировала сигналы среди данных фМРТ с начальных уровней пути зрительной обработки, но на более высоких уровнях мозга она хуже распознавала четкие реакции на точные объекты. Представление, утверждали Гест и Лав, имело тенденцию становиться более расплывчатым и символическим на высших уровнях. Удивительно, но Гест и Лав выдвинули объяснение материальной основы восприятия, которое, казалось бы, избегало любого фокуса на чем-либо подобном клеточному уровню:

«Успех фМРТ, вероятно, означает, что, когда кто-то интересуется природой вычислений, выполняемых мозгом, уровень анализа, на котором применяется фМРТ, может быть наиболее предпочтительным. Для сравнения предположим, что некто построит теорию макроэкономики, основываясь на квантовой физике, но она будет невероятно громоздкой и не более прогностической и объяснительной, чем теория, содержащая абстрактные понятия, такие как деньги и снабжение. Редукционизм[337], хоть и соблазнителен, не всегда знаменует наилучший путь».

Гест и Лав могут быть правы, но есть одна очень веская причина сомневаться в их словах. Как утверждал Барлоу, функциональной единицей мозга является нейрон, организованный как сетевой узел. То, что делает мозг, каким бы загадочным это ни казалось, в конце концов сводится к запуску нейронов. Клетки мозга объединяются, чтобы вызвать скоординированную функциональную активность, которая порождает психологические явления. Однако мы не можем просто игнорировать тот факт, что такая популяционная активность производится множеством отдельных нейронов или что любые вычисления, выполняемые нейронными ансамблями, будут основаны на активности клеток. Успешное редукционистское объяснение работы человеческого мозга не приведет к созданию теории, основанной на индивидуальной активности 80 миллиардов нейронов, а скорее покажет, как обработка сенсорных явлений и психическая жизнь людей и животных могут быть объяснены паттернами активности популяций нейронов. А значит, потребуется точное представление о том, что делают отдельные клетки, даже если впоследствии они будут проанализированы на более крупном, популяционном уровне.

Таким образом, мы возвращаемся к ахиллесовой пяте фМРТ: она слишком груба, чтобы позволить реально понять вычислительную активность мозга.

Метод фМРТ не позволяет понять вычислительную активность мозга.

Необходимо разработать гораздо более точные методы визуализации – в плане времени, пространства и функций – и объяснить их с точки зрения более детальных коннектомов [27]. Есть намеки на то, что такое развитие событий возможно с появлением МРТ со сверхвысоким полем субмиллиметрового разрешения. Но пока что такая технология находится в зачаточном состоянии и еще далека от того, чтобы позволить нам различить активность даже сотен тысяч клеток [28].

Одно из часто встречающихся заявлений состоит в том, что техники нейровизуализации, такие как фМРТ, выявляют анатомические и функциональные различия между мужским и женским мозгом и что эти различия могут объяснить разницу в поведении. С одной стороны, существование различий между мозгами является трюизмом[338] – у всех нас есть анатомические и функциональные особенности просто потому, что мы не являемся одним и тем же индивидом. В силу многих причин можно согласиться с тем, что в целом у мужчин и женщин, как у двух групп, мозг будет иметь разные характеристики. Мужчины и женщины, как правило, играют разные социальные роли в современном обществе и склонны вести себя по-разному (в целом мужчины более агрессивны, например). С точки зрения эволюции половой отбор, действующий изнутри и между полами, был особенностью нашего прошлого (и, возможно, настоящего), в то время как различные роли в размножении – в частности, через материнское поведение – оказывали решающее влияние на становление человеческого общества. Эти факторы сформировали анатомические, функциональные и поведенческие различия между полами. Ключевые вопросы заключаются в том, каковы эти анатомические различия, можем ли мы их обнаружить и, прежде всего, насколько они определяют наше поведение [29].

Существует одно явное отличие мужского мозга от женского: мозг мужчин в среднем больше.

Отчасти это объясняется простым фактом, что в среднем мужчины крупнее женщин. Но это разница на уровне популяции, и ее нельзя использовать, чтобы определить, является ли данный мозг мужским или женским. Нет никакого архетипического «мужского» или «женского» мозга, который можно было бы идентифицировать с помощью сканирования или вскрытия [30]. Выявленные различия на уровне популяции трудно интерпретировать.

Мозг мужчины и женщины отличается только в размере.

Относительный размер мозолистого тела показывает различия на популяционном уровне между полами, а коннективность мозга мужчин и женщин различается, когда их подвергают различным процедурам тестирования [31]. Наличие специфических особенностей строения мозга у новорожденных разного пола подкрепляет предположение, что в нас изначально заложены биологические различия, но некоторые из них исчезают, а другие, наоборот, проявляются в течение жизни [32]. Но, опять же, существование различий ничего не говорит нам об их значении или последствиях.

Ни один метод визуализации не смог выявить структурных особенностей, которые могли бы объяснить различия в поведении между полами, потому что имеющиеся методы исследования слишком грубы. На данный момент природа различий в функциях мозга, лежащих в основе различий между полами, остается неясной. Но то, что такие различия существуют, кажется несомненным.

Есть модели поведения, сохранявшиеся на всем протяжении человеческой эволюции, – они касаются спаривания и родительства. Неважно, была или не была в прошлом активна сексуальная жизнь людей, селективное давление[339] на эти поведенческие паттерны оставило следы в генах и мозге.

После вскрытия невозможно определить, является ли мозг мужским или женским.

Что касается того, насколько сдерживающими могут быть такие различия, то исторические и недавние изменения в обществе, по-видимому, предполагают, что многие функциональные ограничения, если они существуют, слабы, и обычно человеческое поведение очень пластично.

* * *

Один из ответов на драматические заявления некоторых исследований фМРТ, сформулированные Фернандо Видалем и Франсиско Ортегой в книге «Быть мозгом» (Being Brains), яростной критике всей нейронауки, состоит в том, чтобы просто спросить: «Ну и что?», подобно тому, как Марр предложил нам ответить на открытие «бабушкиной клетки» [33]. Видаль и Ортега предлагают принять результаты фМРТ за чистую монету и просто задаться вопросом: что же на самом деле следует из того, что определенное поведение, идея или эмоция локализуются в конкретной области мозга? Как это открытие проливает свет на организацию или эволюцию мышления и поведение и что говорит о функциях мозга? И часто ответ оказывается на удивление незначительным – за пределами гипотезы частичной локализации, которая может быть или не быть истинной.

Иногда нет даже и особых признаков локализации. В 2016 году группа исследователей из Беркли описала эксперимент, в котором семь испытуемых, находясь в сканере, в течение двух часов слушали истории из программы «Радиочас мотылька» (The Moth Radio Hour), включающих в общей сложности 10 470 слов [34]. Цель состояла в том, чтобы увидеть, как лексические значения соответствуют активности в различных частях коры. Исследователи сгруппировали слова в двенадцать категорий (тактильные, визуальные, эмоциональные, социальные и т. д.) и обнаружили, что ответы мозга на выделенные группы охватывают всю кору, практически не локализуясь. Хотя некоторые из категорий последовательно возбуждали одну и ту же область у всех подопытных, в ответах двух полушарий была обнаружена относительно небольшая разница. Хотя, возвращаясь к Вернике, исследования пациентов с поражениями мозга предполагают, что левое полушарие является местом обработки речи [35]. Это означает, что предположения о высоко локализованных функциях мозга, связанных с восприятием и пониманием определенных слов или понятий, неверны. В той мере, в какой фМРТ действительно может дать ответ на подобный вопрос, функции, по-видимому, рассредоточены по всему мозгу.

Метод фМРТ помог обнаружить зону распознавания лиц в человеческом мозге.

Некоторые исследователи отвергли интерпретацию фМРТ как «новой» или «внутренней» френологии. Несмотря на порой слишком раздутые претензии некоторых исследований фМРТ, такая критика неправильна и несправедлива. ФМРТ представляет собой мощную неинвазивную технологию для выявления вариаций мозговой активности в разных областях и корреляции этих изменений с поведением или психологическим состоянием. Можно утверждать, что сканирование позволило подчеркнуть динамическую роль мозга и важность связей между областями в процессе мышления [36]. Кроме того, работа Нэнси Канвишер по фМРТ, посвященная распознаванию лиц, легла в основу исследований Дорис Цао по активности отдельных нейронов в данной области. В человеческом мозге действительно есть зона распознавания лиц, и фМРТ помогла ее обнаружить.

Тем не менее, несмотря на огромную изобретательность и поразительное технологическое мастерство, исследования фМРТ не внесли существенного вклада в понимание того, как работает мозг с точки зрения создания модели его общей активности – с одним потенциальным исключением. В 2001 году группа Маркуса Райхла использовала ПЭТ-сканирование для выявления ряда областей, симметрично расположенных по обе стороны мозга и рассеянных по коре, которые снижали свою активность во время выполнения задач, требующих концентрации внимания, по сравнению с уровнем их активности, когда субъект лежал неподвижно [37]. Эти области стали известны как сеть пассивного режима работы мозга[340] – она, по-видимому, связана с особым характером активности мозга в период внешнего бездействия самого человека.

За последние два десятилетия нейробиологи, занимающиеся визуализацией мозга, стали все больше интересоваться этим загадочным феноменом, который также наблюдался и у других млекопитающих. По-видимому, сеть пассивного режима участвует в крупномасштабной функциональной координации деятельности мозга на базовом уровне. И появляется все больше свидетельств того, что она к тому же задействована в когнитивной деятельности и оказывает некоторое влияние на память [38]. Но, хотя по данной теме было опубликовано более 4500 работ, до сих пор не было найдено простого объяснения. То, как сеть рассредоточена в мозге, и ее участие в основополагающих функциях чрезвычайно интригует. Но, несмотря на недавнее обнаружение электрофизиологических коррелятов изменений в сети пассивного режима работы мозга, когда человек выполняет определенные задачи, на данный момент это может показаться неспециалистам сетью в поисках функции [39].

Отнесение функций к определенным структурам или даже предположение о том, что отдельные понятия каким-то образом обусловлены деятельностью конкретной зоны мозга, не объясняет, как координирует свою активность ансамбль нейронов, чтобы породить восприятие или поведение, и не сможет этого сделать. Функциональная карта мозга – а в лучшем случае это и есть данные фМРТ – не говорит, как что-то работает. Где – не как. В следующий раз, когда вы прочтете заявление о том, что некая способность, эмоция или концепт локализованы в какой-то области человеческого мозга с помощью фМРТ, спросите себя: «Ну и что?»

* * *

Существует более серьезная проблема, связанная с подходами, направленными на поиск локализации мозговых функций. Нейроанатомия ясно показывает, что различные области мозга дискретны и специализированы: связаны с определенной сенсорной модальностью или состоят из определенного типа клеток.

«Просто то, что какая-то клетка активируется фотографией Дженнифер Энистон, не говорит о том, что это все, на что способна данная клетка, или что нейроны из другой сети не участвуют в выполнении этой задачи».

В ходе исследования случаев поражения мозга у людей и животных часто обнаруживается, что отдельные зоны мозга играют значительную роль в конкретной способности или функции, что, как правило, принимается в качестве главного доказательства в пользу идеи локализации. Проблема здесь заключается не только в том, что мозг может оправиться от повреждений – особенно «молодой» мозг, – но и в том, что бо́льшая часть логических рассуждений, лежащих в основе концепции локального распределения функций, ошибочны.

Просто то, что какая-то клетка активируется фотографией Дженнифер Энистон, не говорит о том, что это все, на что способна данная клетка (в ней также могут быть представлены другие лица или стимулы), или что нейроны из другой сети не участвуют в выполнении этой задачи.

Наше ограниченное понимание функций мозга практически полностью обусловлено результатами, полученными после принятия чего-то вроде предложения Стенсена 1665 года о том, что мы должны стремиться «разобрать мозг на части и посмотреть, что эти составляющие могут делать по отдельности и вместе». Демонтаж проводился различными способами: суррогатно, генетически или с помощью электрода, – но все эти методы базируются, по существу, на одном и том же подходе. В 2017 году французский нейробиолог Ив Френьяк объяснил основную проблему причудливым языком, утверждая, что из-за сложности нервных систем «причинно-механистические объяснения качественно отличаются от понимания того, как комбинация составных модулей, выполняющих вычисления на более низком уровне, порождает эмерджентное поведение на более высоком уровне» [40]. Другими словами, мы пользуемся относительно грубой причинно-следственной моделью, построенной на некоторых важных и ошибочных предположениях, чтобы исследовать, как из взаимодействующих единиц в мозге возникают сложные феномены.

Более сотни лет ученые и философы неоднократно обращали внимание на один и тот же вопрос: как мы можем логически соотнести функцию с конкретной анатомической структурой? В 1877 году немецкий философ Фридрих Ланге использовал простую аналогию:

«Если кто-нибудь докажет мне, что легкое повреждение какой-то части мозга заставляет здоровую в остальном кошку отказаться от мышей, я поверю, что мы находимся на правильном пути психологических открытий. Но даже в этом случае я не буду считать, что найден тот пункт, в котором идеи мышиной охоты занимают исключительное место. Если часы бьют неправильно, потому что винтик поврежден, из этого не следует, что именно данный винтик вызывал бой часов» [41].

Как выразился мой друг, американский нейробиолог Майк Нитабах, читая черновик этой книги, утверждения о локализации функции, как правило, представляют собой грубую чрезмерную экстраполяцию. В лучшем случае мы лишь определили местонахождение функции, а часто просто показали корреляцию между местоположением и функцией.

На протяжении второй половины XX века британский психолог Ричард Грегори неоднократно поднимал данную проблему. На симпозиуме 1958 года, где Селфридж представил свою программу «Пандемониум», Грегори утверждал, что идентификация функции путем удаления или повреждения определенной структуры не только логически неверна, но и не дает реального понимания – можно ошибочно сосредоточиться на продукте поврежденной системы. Чтобы правильно выявить роль компонента, нужна теоретическая модель работы всей системы. В этом-то и заключается трудность, отмечал Грегори: «Биолог не имеет ни “Руководства по изготовлению”, ни сколько-нибудь ясного представления о том, какими могут быть многие из “устройств”, которые он изучает. Он должен угадать цель и выдвинуть для проверки подходящие гипотезы о том, как конкретное устройство может функционировать» [42]. Во время обсуждения статьи Грегори Мак-Каллок выразил свое согласие, указав, что «доказательство, подчерпнутое из исследования пораженнного мозга, при неосторожности приведет к полной ерунде».

С годами критика Грегори разрослась: он приводил всевозможные аналогии, расшатывая уверенность исследователей в том, что если конкретная структура мозга была удалена, то изменения в поведении обусловлены локализацией функции в данной части мозга. Такие аналогии часто включали в себя передовые технологии того времени, которые теперь выглядят причудливыми или даже загадочными для молодых людей: электронные лампы в телевизорах, свечи зажигания в автомобильных двигателях и т. д. – все они были сосредоточены на одной и той же проблеме интерпретации результатов «простых» экспериментов, в ходе которых удалялся ключевой компонент [43].

Один из самых наводящих на размышления аргументов Грегори был связан с тем, с чего начинал Стенсен. Он предположил, что мы можем понять мозг так же, как машину, разбирая его на части и выделяя функции для каждой составляющей. В своей обширной работе 1981 года «Разум в науке» Грегори усомнился в том, что это действительно так, указав, что отдельные функции редко можно выявить, удаляя части одну за другой:

«Скорее, обнаруживается, что, когда удаляются части, происходят странные вещи. Или ничего вообще не происходит, кроме как при особых условиях, таких как экстремальные требования или нагрузка. Например, спицы велосипедного колеса могут быть удалены одна за другой с небольшим эффектом, пока не произойдет внезапный коллапс. Удаление деталей из электрической цепи может привести к появлению иных выходных характеристик, ранее не наблюдавшихся, таких как свистки для радио или замысловатые паттерны для телевизора… На самом деле отношения между частями, их причинно-следственные взаимодействие и функции, которые они выполняют, чрезвычайно сложны и хитры и находятся за пределами общего понимания. Особенно трудно сказать, где локализованы функции. Это самая серьезная проблема для исследования мозга» [44].

Хотя приведенные Грегори аргументы попали в точку, они мало повлияли на волну исследований абляции[341] и стимуляции, отмечавшейся в 1960-е и 1970-е годы. Не повлияли они и на последующую лавину генетических исследований, базировавшихся на том же методе, в рамках которых он применялся к изучению функции генов в нервной системе и не только.

В XXI веке наблюдается беспрецедентный рост оптогенетических, визуализационных методов и методов изучения одиночных клеток, многие из которых основаны на предположениях, которые критиковал Грегори.

Даже если прямое манипулирование конкретным нейроном или нейронной сетью изменяет или восстанавливает некую функцию, это все равно не говорит о том, что функция находится в данной структуре. Что такая исследовательская манипуляция действительно показывает, так это необходимость наличия конкретной структуры для функции, обычно задействующей обширную сеть нейронов. Пресловутые «бабушкины клетки», реагирующие на лицо актера или уравнение, не являются строго «бабушкиными клетками». Они просто одна из частей большой сети, проявляющей активность в случае предъявления стимула; отдельный нейрон, реакцию которого ученые случайно зарегистрировали в ходе эксперимента.

Чтобы учесть как очевидную специфичность функций, о которой свидетельствуют многочисленные исследования фМРТ, так и признание того, что сами функции распределены по всему мозгу, Карл Фристон исследовал то, что назвал «диалектикой между функционализмом и коннекционизмом» [45]. Ученый искал корреляции между паттернами активности, проявляемыми различными областями мозга во время конкретного типа поведения. Он назвал это функциональной коннективностью, и подход вызвал большой интерес у исследователей фМРТ. Однако это математическое описание широкомасштабных корреляций между активностью различных областей мозга еще не доказало свою истинность на меньшем, более понятом мозге животных.

Неоднократно, после очередных заявлений о локализации какой-нибудь функции, ученые следом обнаруживали, что ситуация в действительности не так проста и однозначна. Например, изучение страха у млекопитающих более тридцати лет было сосредоточено на роли миндалевидного тела[342] – структуре, находящейся глубоко в мозге. Существует редкое человеческое заболевание, называемое болезнью Урбаха – Вите[343], которая приводит, среди прочего, к дегенерации миндалевидного тела. У пациентов с таким недугом часто наблюдается пониженный уровень страха. Сведения об этом исследовании настолько распространились, что в последнее время на интернет-форумах ведутся споры о том, можно ли победить страх, удалив миндалевидное тело. Предполагается, что за страх отвечает эта пара базальных ядер.

На самом деле все не так просто: у грызунов (в основном, они изучены лучше всего) данные структуры теперь связаны с защитным поведением – в частности, с тем, что они замирают при угрозе, – а не с самой эмоцией страха, которая распределена по различным областям мозга [46]. У людей симптомы болезни Урбаха – Вите не ограничиваются миндалевидным телом, и страх не исчезает полностью (например, пациенты все еще боятся задохнуться).

На самом деле страх не находится в миндалевидном теле.

Миндалевидное тело участвует не только в порождении страха, оно, по-видимому, играет некую роль в эмоциональных и вегетативных реакциях, связанных с болью и другими негативными стимулами, а также интегрирует различные сенсорные стимулы, которые не связаны с наказанием и вознаграждением, и даже (у мышей) половые различия в родительском поведении [47]. Идея локализации функции оказалась гораздо более размытой и сложной, чем утверждалось первоначально.

Страх не находится непосредственно в миндалевидном теле, и данная парная структура отвечает не только за страх. И, если у вас есть какие-то сомнения, вы не должны избавляться от них.

Не все, что касается локализации функций в мозге, такое запутанное. На сенсорном уровне некоторые нейронные сети выполняют точные и ограниченные действия, и существует четкая локализация функций, по крайней мере на начальных стадиях. Сенсорные стимулы на первых порах обрабатываются отдельно – нет никаких свидетельств того, что обонятельные сигналы представлены в зрительной коре V1 приматов, как и визуальные сигналы в обонятельной луковице позвоночных. Это также относится к эквивалентным структурам в мозге насекомого. Однако группа Терри Сейновски показала, что у мышей нисходящие сигналы из гиппокампа и энторинальной коры проецируются в область обонятельной луковицы, где распознаются запахи [48]. Это означает, что память или стресс могут влиять на то, как мы воспринимаем запахи. Аналогичные феномены можно наблюдать в отношении зрения, и это предполагает, что функции областей мозга, которые обрабатывают сенсорные стимулы, могут быть более сложными, чем предполагалось. И всего в нескольких синапсах от этих зон, в высших областях мозга, где, по-видимому, рождается мышление и у вас, и у муравья, все становится еще более интересным. Сигналы от различных сенсорных модальностей интегрируются, и мы еще хуже понимаем, что и как локализовано.

То же самое можно сказать и о некоторых наиболее интенсивно изучаемых участках мозга млекопитающих. Отдельные клетки места в гиппокампе кодируют местоположение, но они также реагируют на определенные сенсорные модальности, соответствующие событиям, которые там произошли: прикосновение, запах, свет.

Мозжечок действительно связан с двигательным контролем, как показал Флуранс еще в XIX веке, но теперь известно, что эта структура играет роль в широком спектре психологических функций и получает информацию от корковых и сенсорных областей и проецирует ее в области мозга, отвечающие за вознаграждение.

Она также задействована в зрительном внимании и социальном поведении [49].

Мозжечок задействован в зрительном внимании и социальном поведении.

Функция одновременно локализована и распределена – или, точнее, оба термина вводят в заблуждение. Локализация редко бывает точной, и распределенные функции также локализованы в определенных сетях и клетках, даже если могут охватывать весь мозг. Даже простейший мозг животного не однороден, а имеет высокоразвитую внутреннюю структуру – но в большинстве случаев одна функция не может быть точно локализована в конкретной области. Для того чтобы функция существовала, эта область должна быть встроена в функциональное целое.

* * *

Гипотеза, что различные зоны мозга выполняют отдельные задачи, подобно машине, так сильна, что мы постоянно оказываемся откинутыми назад из-за очередных утверждений о весьма специфической локализации некоторых захватывающих психологических способностей. Например, несколько десятилетий самой влиятельной идеей, формировавшей общественное мнение о том, что наука способна рассказать о человеческом мозге, была совершенно ошибочная концепция, что в глубине человеческой головы расположен «рептильный мозг», который отвечает за низменное поведение [51]. Эта точка зрения – до сих пор тиражируемая – основана на идее невролога Пола Маклина о «триедином» мозге:

«Один из этих мозгов в основном рептильный; второй был унаследован от низших млекопитающих; а третий является поздним продуктом эволюции, который сделал человека человеком… Рептильный мозг наполнен наследственными знаниями и воспоминаниями и поступает согласно зову предков, но не подходит для противостояния новым вызовам» [52].

Идеи Маклина, которые нейробиологи никогда не принимали всерьез, ворвались в массовую культуру в 1960–70-х годах, когда были подхвачены двумя наиболее влиятельными научно-популярными писателями того периода. В 1967 году Артур Кёстлер обобщил представления Маклина в своем бестселлере «Призрак в машине», включив в него всё – от христианской доктрины первородного греха до теории детской сексуальности Фрейда, – чтобы поддержать его странное утверждение, что конфликты между тремя мозгами «обеспечивают физиологическую основу для параноидальной полосы, проходящей через человеческую историю» [53].

В 1960-е годы эта чушь разлеталась как горячие пирожки, и Маклин прославился, выступая в переполненных лекционных залах. Среди любопытных, собравшихся послушать Маклина, был астроном Карл Саган, который впоследствии опубликовал книгу, отмеченную Пулитцеровской премией «Драконы Эдема» и основанную на идеях Маклина [54]. Подобно Кёстлеру, Саган перетасовал мелкие кусочки научных фактов с огромной порцией психоаналитической чепухи и кучей плохо понятной антропологии, а сверху приправил все это сильной дозой спекуляций. Например, Саган предположил, что рассказ о змее в Эдемском саду может служить метафорой нашего рептильного мозга, а также задавался вопросом, насколько детские кошмары о чудовищах выступают пережитком встреч наших предков с динозаврами и совами [55]. Это объясняет, утверждал он, почему мифы о драконах так извращены – драконами Эдема были мы, люди…[344]

В 1990 году, в возрасте семидесяти семи лет, Маклин обобщил свои идеи в книге «Триединый мозг в эволюции» [56]. Журнал Science вежливо, но беспощадно отозвался об этой публикации, указав, что основная гипотеза Маклина «не согласуется с современными знаниями», что объясняет, почему нейробиологи «игнорируют его идею» [57]. Хотя желание Маклина поместить функционирование человеческого мозга в эволюционный контекст было похвальным, его главная концепция никогда не имела надежной опоры[345]. Как предположил оксфордский анатом Рэй Гиллери в Nature, она должна была быть классифицирована как нейромифология [58].

Совсем недавно подобный ажиотаж вызвала более обоснованная и куда более интересная находка. В 1992 году исследователи из Пармского университета описали случайное открытие набора нейронов в премоторной коре мозга макаки, которые срабатывали не только в том случае, если животное выполняло какое-либо действие, но и когда макака видела, как то же самое действие выполняла другая особь [59]. Вскоре данные клетки были удачно названы зеркальными нейронами (всегда полезно иметь меткое название) и вскоре вызвали всплеск всеобщего внимания, если не сказать шумиху. Некоторые исследователи предположили, что зеркальные нейроны могли быть вовлечены в эволюцию языка, в то время как другие заявили, что дефицит социальных взаимодействий, проявляющийся при аутизме, может быть вызван дисфункцией зеркальных нейронов [60]. В 2006 году в The New York Times объявили, что зеркальные нейроны – это клетки, «читающие мысли», а один нейробиолог описал их даже как «нейроны, которые сформировали цивилизацию» из-за их предполагаемой роли в формировании эмпатии [61]. Ни одно из упомянутых утверждений не подтвердилось.

Миндалевидное тело участвует в реакциях, которые не связаны со страхом.

Когда в 2010 году в человеческом мозге были наконец идентифицированы нейроны с «зеркальной» функцией, выяснилось нечто непредвиденное и очень интересное. Клетки срабатывали, когда пациенты либо наблюдали действие, либо выполняли его (некоторые из нейронов производили тормозную реакцию, что наводит на мысль об их особой роли – предотвращении копирования поведения). Но неожиданно оказалось, что такие клетки не были ограничены областями, идентифицированными у обезьян, – 11 % зеркальных нейронов человека были найдены в гиппокампе [62]. Присутствие зеркальных нейронов в части моторной коры, по-видимому, выполняющих когнитивную функцию, и их наличие в гиппокампе, где они участвуют в явно двигательной функции, показывает, что разделение на сенсорно-моторное разделение не так строго, как это часто представляется. Что-то похожее на зеркальные нейроны – «имитационные нейроны», которые, вероятно, порождают представление о поведении другой особи, когда животное принимает решение, – было обнаружено в миндалевидном теле макак-резусов [63].

Данный факт еще раз говорит нам о том, что миндалевидное тело участвует в реакциях, не связанных со страхом, а также что представления о других людях и их поведении могут быть найдены во многих областях мозга.

Зеркальные нейроны, если все они действительно имеют общую идентичность, а не просто объединены затейливым названием, распределены по всему мозгу и выполняют «смешанные» функции.

11 % зеркальных нейронов человека были найдены в гиппокампе.

Эта сложная картинка реальности, где приходится отказываться от отождествления функции с конкретной мозговой структурой, подкрепляется некоторыми недавними клиническими примерами удивительной пластичности человеческого мозга. В Марселе живет мужчина средних лет, у которого кора головного мозга сжата в крошечный, тонкий слой клеток, но который при этом обладает почти средним интеллектом и нормально справляется со своими обязанностями в качестве государственного служащего[346]. А в Израиле было обнаружено несколько женщин, у которых в мозге не удалось найти областей, отвечающих за обоняние, но при этом они способны чувствовать запах [64]. Также известен случай молодой китаянки, в мозге которой полностью отсутствует мозжечок. Хотя ее голос невнятен, интеллект несколько снижен и нарушена координация, эти симптомы далеко не так серьезны в сравнении с ожидаемыми последствиями, какие происходят с животным, если эта структура удалена [65]. Наконец, аргентинская женщина, перенесшая два катастрофических инсульта, сильно повредивших области мозга, отвечающие за сенсомоторные навыки и высшие психические функции, добилась почти полного и необъяснимого выздоровления [66].

В Израиле у нескольких женщин в мозге не нашли областей, которые отвечают за обоняние, однако они могут чувствовать запах.

Недавние исследования животных выявили новые проблемы. Заявляли, что у крыс и певчих птиц определенные усвоенные формы поведения контролируются очень специфическими областями мозга, потому что они могут быть нарушены кратковременной инактивацией этих зон. Парадоксально, но, если данные структуры повреждены навсегда, животное может восстановить приобретенную способность. Объяснение столь удивительной пластичности кроется в том, что структуры, зависящие от измененной области, не могут быстро изменить активность в течение короткого периода времени, чтобы успеть среагировать на новую ситуацию, что приводит к отсутствию соответствующего поведения во время эксперимента. Тем не менее в течение более длительных периодов, вроде послеоперационного восстановления, это может произойти, так же как у пациентов, переживших инсульт, есть вероятность восстановить некоторые аспекты прежних способностей с течением времени [67].

Основное объяснение такого рода сообщений заключается в том, что структуры в мозге не являются изолированными друг от друга модулями, они не похожи на автономные компоненты машины. Поскольку мозг состоит из живой материи, нейроны и нейронные сети взаимосвязаны и способны воздействовать на соседние области, изменяя не только активность ближайших структур, но и паттерны экспрессии генов. Функция может распространяться и даже индуцироваться как синапсами, так и нейромодуляторами, которые могут действовать сложным образом [68]. Это, по-видимому, лежит в основе некоторых примеров пластичности мозга и подчеркивает трудность точного соотнесения функции с заданным местоположением.

Даже такой элементарный на первый взгляд феномен, как жажда, оказывается удивительно сложным. В 2019 году ученые сообщили об исследовании активности 24 000 нейронов в тридцати четырех областях мозга мышей, когда животные пили и утоляли жажду. Более половины нейронов были по-разному вовлечены в это чрезвычайно простое поведение – жажду, и поведенческая реакция на данное ощущение, очевидно, широко распределена по всему мозгу грызуна [69]. Кроме того, области мозга, обычно не считающиеся вовлеченными в моторный контроль, включаются в работу, когда мыши бегают или двигают вибриссами, и влияют на активность нейронов зрительной коры. Аналогичное исследование 30 000 нейронов из 42 областей мозга мыши, проведенное исследователями из Лондонского университета, также показало, что, если животное начинает что-то делать, активизируются нейроны всех областей. Однако если у мыши был выбор, реагировали очень специфические клетки в конкретных зонах мозга. Эти данные дают нам представление о сложности мозга и о том, как он использует и локализованные, и распределенные функции, хотя сами задействованные схемы остаются загадкой [70].

У людей, которые пережили инсульт, есть вероятность восстановить некоторые аспекты прежних способностей.

Наконец, принципы работы мозга млекопитающих могут быть не лучшим или по крайней мере не единственным способом, указывающим, что соотношение структуры и функции не обязательно может быть строго определенным. Роль коры головного мозга в высших психических функциях неоднократно демонстрировалась в ходе стимуляции, абляции и сравнительных исследований. Принято считать, что человек, с его многочисленными бороздами и извилинами коры головного мозга демонстрирует высочайший уровень когнитивной сложности и психологического богатства. И все же у птиц, мозг которых не обладает многослойной корой, наблюдаются некоторые высшие психические функции, во многом совпадающие с теми, что свойственны млекопитающим. Новокаледонские во́роны умеют не только изготавливать орудия, но и изготавливать орудия для изготовления орудий. Сороки даже прошли «зеркальный тест»[347], который обычно рассматривается как индикатор того, что животное имеет понятие о самом себе [71]. Хотя способы организации мозга у млекопитающих и птиц могут иметь общие корени, ключевым моментом является то, что различные структуры, по-видимому, способны обеспечивать одни и те же функции [72].

Таким образом, мы сталкиваемся с самой значительной проблемой: как и у каких животных мозг порождает сознание? На протяжении столетий она относилась скорее к сфере философского интереса, но вот уже примерно пятьдесят лет ученые всерьез занимаются этим вопросом вопросов.

15

Сознание. 1950-е годы – настоящее время

В 2005 году редакторы журнала Science выделили 125 нерешенных научных вопросов, на которые, по их мнению, у нас есть хорошая возможность ответить в ближайшие десятилетия. Вторым в списке, после вопроса «Из чего состоит вселенная?», значился вопрос «Какова биологическая основа сознания?» [1]. Всего шестнадцатью годами ранее британский психолог Стюарт Сазерленд высказался гораздо менее оптимистично: «Сознание – это пугающее, но неуловимое явление; невозможно определить, что есть сознание, что оно делает или почему оно эволюционировало. Об этом не написано ничего стоящего»[348] [2].

Глубокий сдвиг в мировоззрении, произошедший за короткий промежуток времени, отразил возрождение интереса к проблеме сознания – сейчас данной теме посвящены сотни книг, а TЕD-выступления[349] собирают миллионы просмотров. Со времени написания книги Сазерленда ученые опубликовали более 16 000 статей со словом «сознание» в названии.

И все же нет единого мнения о том, как – а в некоторых кругах даже «если» – мозг порождает сознание [3].

Нет единого мнения о том, как мозг порождает сознание.

Фрэнсиса Крика часто обвиняют в повышенном интересе к этой теме. В то время, когда Сазерленд писал свое высказывание, Крик утверждал, что исследователи должны искать то, что он назвал нейронными коррелятами сознания: паттерны нейронной активности, соотносимые с феноменами, связанными с сознанием. Но в интеллектуальном плане порыв Крика помог сформировать современное научное изучение сознания, и вопрос действительно никогда по-настоящему не исчезал из поля зрения научного сообщества [4]. Одно из первых коллективных исследований такого плана состоялось в августе 1953 года, когда двадцать ученых, в том числе и Эдгар Эдриан, Дональд Хебб, Карл Лешли и Уайлдер Пенфилд, встретились в шале в Квебеке на пятидневном симпозиуме «Мозговые механизмы и сознание» [5]. Тон встречи задавал прорыв, сделанный четыре года назад Горацием «Тидом» Мэгуном: он показал, что электрическая стимуляция мозгового ствола кошки, находящейся под анестезией, могла вызвать изменения ЭЭГ, наблюдаемые при пробуждении животного[350] [6]. Теперь, когда ЭЭГ можно было манипулировать, казалось, что у ученых есть способ исследовать природу и локализацию сознания.

Однако в пророческом вступительном слове Мэгун предупредил коллег о «сочувственном покачивании головой, с которым будущие исследователи, вероятно, будут оглядываться назад на робкие попытки середины XX века, поскольку есть все признаки того, что нейронная основа сознания – это проблема, которая не будет решена быстро» [7]. Тид, вероятно, был бы удивлен, узнав, что спустя почти семьдесят лет нейронная основа сознания все еще не разгадана, и, несмотря на оптимизм журнала Science, нет никаких признаков, что ответ близко. Технологии не стоят на месте, но два главных вопроса, обсуждавшихся в Квебеке, – локализованная и распределенная активность и значение физических коррелятов сознания, – все еще находятся в центре внимания ученых.

Участники квебекской конференции познакомились с убедительными доказательствами локализации функций, представленными в докладе Пенфилда, который описал свою работу, демонстрирующую, как электрическая стимуляция коры головного мозга может вызывать сновидческие состояния и двигательную активность. Но, согласно Пенфилду, хотя тело пациента двигалось при стимуляции моторной коры, испытуемые всегда говорили, что это происходило «независимо или вопреки их собственной воле». Точно так же очень точные искусственно вызванные переживания никогда не напоминали «обыденных впечатлений или ощущений», а больше походили на сны. Это явно не тот результат, которого ожидаешь, если действительно стимулируешь часть мозга, непосредственно вовлеченную в порождение сознания [8].

В каком-то смысле вывод не был неожиданным. Большинство ученых, выступавших на собрании, считали, что сознание – это что-то вроде объединенной нервной деятельности, охватывающей весь мозг. Как объяснил Стэнли Кобб (не мой родственник) год назад:

«Это сама интеграция, взаимосвязь одной функционирующей части с другой, которая есть разум и которая рождает феномен сознания. Не может быть никакого центра. Не существует единого места сознания. Именно поток импульсов в сложной последовательности нейронных цепей делает разум возможным» [9].

С помощью новой технологии ЭЭГ и современной нейрохирургии теперь, казалось, можно определить фокус этой интеграции. Но оставалась коренная проблема – как выразился французский физиолог Альфред Фессар, ключевой вопрос заключался в том, насколько локализованной может быть эта интеграция, следует ли ее рассматривать как «концентрированную или диффузную, специфичную для узко ограниченной области мозга или способную идентифицироваться с различно расположенными нервными структурами» [10].

По мере продолжения дискуссии в Квебеке даже воодушевление по поводу ЭЭГ как метода измерения состояний сознания и их локализации стало выглядеть чрезмерным. Вечно скептически настроенный Лешли указал, что неясно, как ЭЭГ связана с паттернами нейронной активности или состояниями сознания, заставив апологета ЭЭГ, Ричарда Юнга, признать, что «абсолютная корреляция между данными ЭЭГ и состоянием сознания или восприятия невозможна» [11]. Пенфилд завершил встречу, признав собственное полное незнание того, как нейронная активность превращается в мышление: «Вот фундаментальная проблема. Здесь физиология и психология сталкиваются лицом к лицу. Мы далеки от окончательного понимания, а жизнь коротка!» [12]

Однако все еще теплилась надежда, что проблема может быть решена. Хебб изложил научный подход, который оказался весьма влиятельным, когда он был независимо предложен Криком четыре десятилетия спустя:

«Мы не должны пытаться разработать теорию, которая бы идеально объясняла все, что люди знают, чувствуют и делают. Нужно попытаться учесть те аспекты проблемы, которые мы имеем возможность учесть, и не беспокоиться, если теоретическая база окажется где-то недостаточной, чтобы охватить все известные особенности системы» [13].

Не все соглашались с тем, что сознание возникает из активности нейронов. Ранее, в 1953 году, Джон Экклс опубликовал книгу «Нейрофизиологические основы разума», в которой, следуя за своим научным руководителем Чарлзом Шеррингтоном, предположил, что разум есть нематериальная субстанция, неким образом взаимодействующая с мозгом. Фактически Экклс транслировал дуалистические идеи Декарта трехвековой давности [14]. Позиция ученого впервые была представлена на страницах журнала Nature в 1951 году, когда он изложил гипотезу о том, что плотность нейронов в коре каким-то образом превращает ее в «детектор» нефизической реальности: «Разум достигает связи с мозгом, создавая пространственно-временные «поля влияния», которые становятся эффективными благодаря уникальной функции детектора активной коры головного мозга» [15]. Экклс утверждал, что психокинез и другие предполагаемые экстрасенсорные способности имеют «особое значение» для поддержки его идеи.

Подход Экклса не был воспринят с энтузиазмом другими учеными – его статья в Nature, не самая популярная публикация на счету журнала, цитировалась всего десять раз, в основном историками.

В заключение квебекской встречи 1953 года Гораций Джаспер признал сложность вопроса связи разума с деятельностью мозга, прежде чем язвительно заключил: «Доктор Экклс попытался решить данную проблему, оставив физический мир и отправившись за объяснением в мир духовный» [16]. Экклс, являвшийся набожным католиком и некоторое время работавший с философом Карлом Поппером[351], оставался дуалистом на протяжении всей жизни, хотя несколько раз менял детали своих взглядов, выдвигая каждую последующую версию с такой же воинственной уверенностью [17].

Один из величайших современников Экклса в конце концов стал придерживаться аналогичной точки зрения. Вся карьера Уайлдера Пенфилда строилась вокруг предположения, что «деятельность высших центров и психические состояния – это одно и то же или разные стороны одного и того же» [18].

Однако в 1975 году, незадолго до смерти, Пенфилд объявил: «После многих лет попыток объяснить разум только на основе работы мозга я пришел к выводу, что проще (и гораздо легче и логичнее) принять гипотезу, что наше существо состоит из двух фундаментальных элементов».

Пенфилд оправдывался тем, что «несмотря на новые методы, такие как использование стимулирующих электродов, изучение пациентов в сознании и анализ эпилептических приступов, нет убедительных доказательств того, что только мозг может выполнять ту работу, которую выполняет разум» [19]. Но отсутствие исчерпывающего объяснения феномена сознания еще не означало, что господствующая материалистическая концепция была ложной.

* * *

В 1950-х годах, после публикации книги Гилберта Райла «Философия сознания», философски настроенные психологи (и психологически настроенные философы) сфокусировались на природе сознания. В 1956 году оксфордский психолог Уллин Плейс[352] утверждал, что «разумная научная гипотеза» заключается в том, что сознание – это процесс в мозге, и настаивал, что недостаточно отвергать это предположение только на философских основаниях [20]. Три года спустя философ из Аделаидского университета Джон «Джек» Смарт развил аргументы Плейса, помогая установить философскую основу давней рабочей гипотезы о том, что сознание и мозговые процессы являются различными аспектами одного и того же феномена [21].

В 1950-х годах философски настроенные психологи сфокусировались на природе сознания.

Учитывая трудности прямого ответа на этот вопрос, научный интерес к сознанию ослабел до такой степени, что в 1962 году американский психолог Джордж Миллер заявил: «Мы должны запретить слово “сознание” на десятилетие или два» [22]. Какова бы ни была серьезность предложения Миллера – сам он использовал это слово более восьмидесяти раз в своей книге, включая посвящение целой главы данной проблеме, – в следующем году был опубликован крупный обзор функций мозга, в котором рассматривалось более 1000 научных статей и все же удалось избежать использования термина «сознание» [23]. Однако убрали просто слово, сама проблема никуда не делась – обзор продемонстрировал ряд удивительных результатов, которые бросили вызов нашему пониманию принципов работы человеческого мозга, и продолжают вызывать беспокойство.

Мода на психохирургию, господствовавшая в психиатрии США середины XX века, не всегда имела катастрофические последствия, как в случае с бедным Генри Молисоном. У некоторых пациентов тяжелую форму эпилепсии можно облегчить путем разделения левого и правого полушарий мозга. Нужно просто[353] разрезать структуру, которая их соединяет, – мозолистое тело. Состояние больных зачастую значительно улучшалось без проявления каких-либо видимых побочных эффектов, что привело к предположению, что мозолистое тело было чем-то вроде структурного элемента [24]. Однако в 1950-х годах эксперименты Роджера Сперри на животных показали, что если рассечь мозолистое тело, то произойдет нечто чрезвычайно странное.

В 1956 году ученик Сперри Рональд Майерс изучал визуальное обучение у кошек и исследовал хорошо известный факт, что сигналы сетчатки, относящиеся к левой стороне поля зрения, идут в правую половину мозга, а сигналы, относящиеся к правой стороне, идут в левую половину мозга, что позволяет представить визуальный стимул только одной стороне мозга. Майерс обнаружил, что, когда кошке разрезали мозолистое тело, она на первый взгляд вела себя вполне нормально, пока ее не проверили с помощью очень специфической процедуры. Если животное учили выполнять задание, основанное на стимулах в левом зрительном поле, а затем проводили проверку в правом, она вела себя так, как будто никакого обучения никогда не было. В отличие от непрооперированной кошки, левое полушарие ее мозга не знало, чему научилось правое. Мозолистое тело позволяло передавать знания всех видов между двумя полушариями. В мозге животных, у которых была рассечена эта структура – Сперри эффектно назвал их животными с «расщепленным мозгом», – такого переноса не могло произойти. В 1961 году Сперри подытожил свои открытия: «Таким образом, кошка или обезьяна с расщепленным мозгом во многих отношениях является животным с двумя отдельными мозгами, которые могут использоваться либо вместе, либо поочередно» [25].

В середине XX века в США началась мода на психохирургию.

Это было по-настоящему интересно. Мозговая активность, связанная с восприятием и обучением, не имела строгой локализации и в то же время не зависела от общей активности всего мозга.

Способность воспринимать и познавать может в равной степени присутствовать по отдельности в каждом полушарии – мозг способен действовать как один или как два обособленных нервных центра.

Более широкие, тревожные последствия не были открыто упомянуты в статье Сперри 1961 года. Он не сказал о том, что может случиться с человеком, чье мозолистое тело было разрезано.

Австралийская газетная карикатура 1961 года, иллюстрирующая эксперименты с расщеплением мозга у животных. Использование повязок на глаз не является достоверным

В течение года были получены поразительные ответы на этот вопрос благодаря работе другого ученика Сперри, Майкла Газзаниги[354], и добровольной помощи сорокавосьмилетнего мужчины Б. Дж., страдавшего тяжелой формой эпилепсии [26]. Отчасти благодаря данной работе в 1981 году Сперри получил Нобелевскую премию вместе с Хьюбелом и Визелем. В феврале 1962 года пациенту Б. Дж., которого звали Билл Дженкинс, разрезали мозолистое тело, чтобы облегчить его ужасные приступы эпилепсии. Это была также возможность для участвовавших в проведении операции ученых узнать нечто фундаментальное о том, как работает мозг. Б. Дж. оценил двойственную природу вмешательства и великодушно произнес перед операцией: «Вы знаете, даже если операция не излечит мои припадки, но вы узнаете нечто новое, это будет полезнее, чем все, что я мог сделать в течение многих лет» [27].

Мы можем воспринимать и познавать каждым полушарием.

Через шесть недель после операции Газзанига навестил Б. Дж. дома – он, по-видимому, полностью выздоровел, а его припадки практически прекратились – и начал десятилетнее исследование того, что значит жить с расщепленным мозгом. В первые дни Газзанига использовал простые тесты, которые включали мигающие изображения на экранах либо в левом, либо в правом зрительном поле пациента и, следовательно, могли быть восприняты только одним полушарием мозга [28]. Стенограммы ранних экспериментов поразительны. В самом первом тесте Газзанига кратко представил изображение коробки в правом зрительном поле, которое могло быть обнаружено только левым полушарием мозга Б. Дж., также контролировавшим его речь:

М. Г.: Что вы видели?

Б. Дж.: Коробку.

М. Г.: Хорошо, давайте сделаем это снова.

На этот раз Газзанига представил другой образ, который могла видеть только правая половина мозга.

М. Г.: Что вы видели?

Б. Дж.: Ничего.

М. Г.: Ничего? Вы ничего не видели?

Б. Дж.: Ничего.

Газзанига вспоминает, что в этот момент его пульс ускорился от возбуждения и он вспотел. Как и в экспериментах с животными, казалось, что одна сторона мозга Б. Дж. не осознавала того, что видела другая.

Но была загвоздка: левое полушарие мозга контролирует речь, поэтому только оно может ответить на вопрос Газзаниги. Чтобы выяснить, происходило ли вообще что-нибудь в правом полушарии мозга, когда Б. Дж. утверждал, что ничего не видел, Газзанига показал ему набор карточек с изображениями предметов и попросил угадать увиденное, указав на одну из карточек. Используя левую руку (управляемую правой половиной мозга, которая видела изображение), Б. Дж. безошибочно указывал на нужную карту. Этот удивительный эксперимент показал, что каждая половина мозга Б. Дж. теперь живет собственной жизнью (Газзанига использовал менее эмоциональный термин «система ментального контроля») [29]. Одна могла говорить, другая – нет, но обе могли слышать, видеть, распознавать предметы и отвечать на вопросы. «О, сладость открытия!» – вспоминал Газзанига. Сам того не подозревая, он нашел подтверждение теории, которую Густав Фехнер выдвинул в 1860 году, более века назад: если разделить мозг, то получится два мозга вместо одного.

Каждая половина мозга живет собственной жизнью.

Но не все шло гладко. В первые месяцы Б. Дж иногда испытывал конфликт между двумя полушариями мозга. Его руки работали по-разному, когда он натягивал брюки или застегивал ремень [30]. Это первоначально вызывало проблемы в экспериментах, когда две руки конкурировали за выполнение задачи, что препятствовало получению ответа [31]. Такие конфликты постепенно утихли, по-видимому, по мере того, как каждая «версия» мозга привыкала делить тело с другой (хотя ни один разум не подозревал о существовании другого). В конце концов Б. Дж. зажил нормальной жизнью, хотя уму непостижимо, что творилось у него в голове.

Полученные результаты были экстраординарными. Вдруг оказалось, что не только мозг животного можно было без ущерба разделить надвое, но и, судя по всему, человеческий мозг. Каждое полушарие было самодостаточно для создания разума, хотя и с немного различными способностями и взглядами в левой и правой половинах. Вместо одного разума человек имеет два. Попробуйте провернуть такое с компьютером.

Если разделить мозг, то получится два мозга вместо одного.

Первоначальное предположение о том, что правое полушарие не имеет доступа к языку, оказалось чрезмерно упрощенным: эта половина мозга иногда способна распознавать написанные слова и даже контролировать речь в ограниченной степени [32]. У одного пациента правое полушарие могло вербально отвечать на простые вопросы, хотя предполагалось, что исключительно левое полушарие его мозга будет иметь способность порождать речь. Как происходила эта передача информации, было неясно, но, возможно, она осуществлялась через неповрежденные подкорковые структуры, что указывает на существование связей между двумя сторонами мозга, не вовлеченными в порождение сознания [33].

В одном из экспериментов Газзанига показал изображение обнаженной женщины правому полушарию пациентки по имени Н. Г. Хотя ее левое полушарие сообщало, что она ничего не видела, она ухмыльнулась, выглядела смущенной и в конце концов начала хихикать.

М. Г.: Почему вы смеетесь?

Н. Г.: О, я не знаю. Забавная у вас там машинка.

Ее левое полушарие не понимало, в чем шутка, а правое – наоборот, понимало и смеялось [34]. Правое полушарие производило эмоциональные реакции, которые левое полушарие испытывало, но не осознавало.

Газзанига и Жозеф Леду изучали другого пациента, молодого человека по имени П. С. Если они представляли его правому полушарию изображения с инструкциями (встать, потянуться, посмеяться и т. д.), то П. С. повиновался. Когда его спрашивали, почему он так себя ведет, левое полушарие выдавало какое-то выдуманное оправдание: ему нужно было потянуться, он считал экспериментаторов смешными и пр. Если исследователи одновременно предлагали полушариям разные изображения, а затем просили П. С. выбрать карточку с теми же изображениями, каждая рука пациента (управляемая противоположной стороной мозга) выбирала соответствующую картинку. Но когда П. С. спрашивали, почему левая рука выбрала конкретную карточку, левое полушарие, не видевшее изображения, спроецированного в правое полушарие, придумывало витиеватое объяснение, выстраивая ложную связь между двумя картинками. Газзанига и Леду поняли, что примеры Н. Г. и П. С. показали, что левое полушарие, не подозревая о рассуждениях, происходящих в правом, будет все равно пытаться объяснить поведение, которое не может понять. Оно просто выдумывало вещи, которые, казалось, соответствовали ситуации. Газзанига вспоминал:

«Хотя левое полушарие понятия не имело, что происходит, оно не было бы удовлетворено, если бы заявило, что не знает. Оно будет гадать, изворачиваться, рационализировать и искать причину и следствие, но всегда предложит ответ, соответствующий обстоятельствам… Это то, что наш разум делает в течение всего дня. Он принимает информацию из различных областей мозга и из окружающей среды и синтезирует ее в историю, которая имеет смысл» [35].

Одна из проблем с такой интерпретацией заключается в том, что в случае пациента с расщепленным мозгом можно разговаривать только с левой стороной мозга – в общем, правая сторона не может выразить свои чувства словами. Возможно, правое полушарие тоже пытается найти объяснение тому, что, черт возьми, происходит, но просто не способно вербализировать свое недоумение, так как не контролирует порождение речи. Хотя в последнее время появились предположения, что некоторые из пациентов с расщепленным мозгом действительно могут сохранять определенную степень интеграции между двумя полушариями мозга, нет никаких оснований оспаривать главное – если вы разделяете мозг, то разделяете и разум [36].

В повседневной жизни пациенты могли действовать совершенно нормально, отчасти потому, что сенсорный мир не строго разделен на области, контролируемые исключительно разными полушариями мозга. Слуховые стимулы, выражаясь по-научному, ипсилатеральны (левое ухо подает информацию в левую половину мозга), в то время как сенсорная информация обрабатывается сложным образом обоими полушариями. В нормальных условиях пациенты, как и мы с вами, постоянно двигали бы головой и глазами, посылая визуальную информацию в оба полушария мозга. Реальный мир не похож на психологический эксперимент.

Газзанига и его коллеги также изучали более сложные реакции – вынесение морально-этических оценок. Они рассказывали пациентам с расщепленным мозгом истории, в которых один персонаж – намеренно или случайно – причиняет вред другому, а затем просили испытуемых оценить с точки зрения морали то, что они услышали [37]. Человек с неповрежденным мозгом считал преднамеренный вред более предосудительным, но при устном опросе участники эксперимента рассматривали преднамеренный и случайный вред как сходные явления. Они игнорировали то, во что верили персонажи рассказов, и основывали свое моральное суждение исключительно на негативном исходе. Предполагается, что оба полушария мозга необходимы для формирования адекватных моральных заключений и оценок. Но опять же, была одна трудность – данные исследования подразумевали вербально выраженное мнение, а речь в значительной степени контролируются левым полушарием мозга.

Чтобы понять, как правое полушарие воспринимает моральные суждения, пациенту с расщепленным мозгом была представлена серия визуальных, неязыковых пьес о морали. Правое полушарие само по себе реагировало, как у субъектов с неповрежденным мозгом, а левое полушарие производило те же суждения, основанные на схожих результатах, что и в случае с историями, демонстрируя «склонность… создавать ложные гипотезы для объяснения событий» [38]. Похоже, что у пациентов с расщепленным мозгом левое полушарие выносит ненадлежащие моральные суждения, в то время как правое занимает более привычную моральную позицию.

«Реальный мир не похож на психологический эксперимент».

Что же касается того, каково это – жить с расщепленным мозгом, то здесь, пожалуй, кроется самое странное. Вербальное левое полушарие, по-видимому, не имеет понятия о том, как все было до операции, и не ощущает никакой потери. Трудно сказать, что думает правое полушарие, потому что оно, как правило, не контролирует речь, но ясно, что у подобных пациентов действительно два разума с разными мировосприятием и способностями и каждый, видимо, доволен своей судьбой и не испытывает ничего странного [39].

Исследования феномена расщепленного мозга, наряду с психологическими испытаниями интактных[355] субъектов, привели к популярному, но ошибочному мнению, что половины мозга сильно дифференцированы, обладают различными способностями и стилями мышления – это часто выражается неточными терминами «левополушарный» и «правополушарный» головной мозг. Идея глубоко ошибочна. Существование двух умов у пациента с расщепленным мозгом является следствием операции. Это не означает, что у любого из нас сосуществует два обособленных разума в голове или два самостоятельных мозга. Тем не менее некоторые популярные версии предполагают, что у каждого человека одно из полушарий доминирует и определяет его личность, причем «правое полушарие» является более «творческим», а «левое» – более «логичным». Некоторые люди утверждают, что это связано с сексуальными предпочтениями. Все это неправда[356]. На самом деле, за исключением вербальной функции в левом полушарии и склонности правого выражать эмоциональные реакции (это также наблюдается у наших родственников-приматов), не выявлено четких фундаментальных различий в их функциях. Данный факт также подтверждается небольшим числом пациентов, у которых в детстве было полностью удалено одно из полушарий мозга, чтобы облегчить тяжелую форму эпилепсии.

Версия, что правое полушарие является более творческим, а левое более логичным – неправда.

Примечательно, что эти люди, ставшие взрослыми, демонстрируют нормальный уровень когнитивных способностей и поведение, а на фМРТ измерения коннективности мозга в оставшемся полушарии также кажутся вполне удовлетворительными [40].

Мозг работает не как две отдельные половинки, а как единое целое. По сути, мы так и не понимаем, каким образом сознание, унитарное по своей природе, может быть разделено при рассечении мозолистого тела со странными результатами, наблюдавшимися Газзанигой и его коллегами.

Различия между двумя полушариями хорошо подтверждают общую рабочую гипотезу о том, что разум обусловлен структурной организацией мозга. Любое нематериалистическое объяснение связи между разумом и мозгом, вроде предположения Экклса о том, что мозг каким-то образом «обнаруживает» нематериальный разум, должно объяснить, как, будучи разделенными, два полушария позволяют появляться столь разным умам.

Сильные и провокационные исследования на пациентах с расщепленным мозгом постепенно достигают своего естественного завершения. Имевшиеся «в арсенале» ученых пациенты довольно пожилые, а благодаря новым противоэпилептическим препаратам сейчас проводится мало операций по рассечению мозолистого тела.

Из-за своих недугов и щедрости пациенты с расщепленным мозгом приоткрыли нам окно в разум, которое скоро должно будет закрыться. Полное значение того, что происходит в их головах, неясно – Газзанига, потративший более пятидесяти лет на изучение феномена расщепленного мозга, все еще не достиг его полного понимания. Как он выразился в 2014 году: «Сегодня все еще мучительно и сложно размышлять над вопросом: что значит, что можно разделить ум?» [41]

В мозге нет доминирующих полушарий, он – единое целое.

Когда Газзанига впервые представил поразительные результаты расщепления мозга, он был в менее благоговейном настроении. Психолог с большим стажем, Уильям Эстес[357], сказал ему: «Отлично, теперь у нас есть две вещи, которых мы не понимаем» [42].

* * *

Весной 1977 года, в возрасте шестидесяти лет, Фрэнсис Крик покинул лабораторию молекулярной биологии Кембриджского университета, чтобы заниматься нейробиологией в Институте биологических исследований Солка в Калифорнии. Благодаря острому интеллекту и беспрецедентному доступу к ведущим журналам для публикации своих идей Крик оказал огромное влияние на эту область [43]. Невролог и писатель Оливер Сакс описал свою встречу с Криком следующим образом: «Немного похоже на сидение рядом с интеллектуальным ядерным реактором. …Я никогда испытывал такого эмоционального накала».

Через год после этого перехода Крик вместе с Хьюбелом, Визелем, Канделем и другими выдающимися нейробиологами написал статью для специального выпуска журнала Scientific American [44]. Крик, никогда не проводивший ни одного исследования мозга, опуликовал заключительную статью в сборнике, где сообщил читателям (и коллегам-авторам), что необходим новый подход. Избегая какого-либо явного упоминания о сознании, ученый утверждал, что исследование мозга должно сосредоточиться на создании «теорий, непосредственно связанных с обработкой информации в больших и сложных системах».

Верный своему слову, Крик вскоре обратился к зрительной системе и, в частности, к зрительному вниманию, разбивающему предмет на легко узнаваемые элементы. Его первая исследовательская статья по этому вопросу появилась в 1984 году. Вдохновленная работой Анны Трейсман в Принстоне, публикация была полна спекулятивных гипотез, которые, согласно весьма дерзким прогнозам, «применимы к зрительным системам всех млекопитающих, а также к другим системам, таким как языковая система у человека» [45]. Вслед за Трейсман Крик ухватился за идею, что внимание можно рассматривать как прожектор – мозг будет последовательно фокусироваться на различных элементах визуальной сцены, и эта функция должна быть обнаружена в активности нейронов. Крик предположил, что «прожектор» управляется ретикулярным ядром таламуса[358] и что в этой области можно обнаружить его активность, связанную с вниманием. Ключевой момент заключается не в том, был ли Крик прав (он ошибался), а в том, что он разрабатывал способ приближения к сознанию – выбирал четко определенный аспект, а затем искал его нейронную основу. Если можно понять что-то относительно простое, то есть надежда, что в конце концов можно будет решить и более крупные проблемы.

Идея прояснилась в 1990 году, когда Крик опубликовал первые плоды своего сотрудничества с молодым немецким теоретиком – нейробиологом Кристофом Кохом, – которое продолжалось до смерти Крика в 2004 году. В статье, озаглавленной с типичным для Крика талантом «К нейробиологической теории сознания», пара исследователей изложила подход, который мог бы привести к обнаружению того, что они назвали «нейронными коррелятами сознания» [46]. Для большинства из нас «сознание» означает осознанность, магический способ, которым мы воспринимаем мир. Крик, однако, не сразу заинтересовался данным вопросом, потому что считал невозможным ответить на него исходя из современных знаний. Вместо этого он чувствовал, что путем поиска коррелятов возбуждения в состоянии бодрствования – чего-то, что присутствовало бы у любого животного, – вероятно, можно определить условия, позволяющие проявляться сознанию.

Изучение того, как именно изменения мембранных потенциалов и синаптических сил превращаются в ощущение мира и впечатление индивидуальности, придет позже. Гораздо позже.

Для большинства из нас «сознание» означает осознанность, магический способ, которым мы воспринимаем мир.

Предложенный Криком подход не предлагает прочной гипотезы о работе сознания – ученый просто рассматривает физиологию и ум как тесно взаимосвязанные феномены. Это не удовлетворяет философов, указывающих, что исходная мысль и рабочая гипотеза Крика – что разум каким-то образом тождественен нейронной активности – не согласуется с поиском корреляций. В конце концов, корреляция – это не тождество. Но это разногласие подчеркивает разницу в подходе философа и ученого. Для Крика, как и ранее для Хебба, понимание особенностей челевеческого восприятия мира не являлось проблемой, к которой он мог бы обратиться сразу и непосредственно, тогда как в принципе имелась вполне реальная возможность установить корреляцию между нейронной активностью и возбуждением. А наука занимается выполнимыми вещами, экспериментами, которыми можно подтвердить или опровергнуть гипотезу, а не созданием логически выстроенной концепции, способной противостоять всем потенциальным контраргументам, что предпочительнее для философов. Как объяснили Крик и Кох:

«Ни одна нейронная теория сознания не сможет объяснить о сознании всего, по крайней мере изначально. Сперва мы попытаемся построить грубый каркас, объяснив некоторые главные черты, и надеемся, что такая попытка приведет к более содержательным и утонченным моделям» [47].

Хотя намерение Крика и Коха состояло в том, чтобы избежать любых предположений о том, что в наших головах есть какой-то гомункул, наблюдающий за происходящим, в 1991 году их статья была подвергнута критике именно по этой причине. Философ Дэниел Деннет[359] опубликовал книгу «Объяснение сознания», которая ознаменовала новую волну философского интереса к сознанию, зародившегося в конце 1980-х годов и продолжающегося по сей день[360]. Крик и Кох писали, что «одна из функций сознания – представлять результат различных лежащих в его основе вычислений». Сверкнув своими философскими глазками-бусинками, Деннет ринулся на оппонентов: «Представить результат, – повторил он, – но кому? Королеве? …И что тогда произойдет?» [48] Крик и Кох, утверждал он, были типичными нейробиологами, сосредоточивавшимися на незначительных проблемах и избегавшими фундаментального вопроса о том, что такое сознание. Критический разбор Деннета справедлив, но он вытекает из различия в подходах между философом и ученым.

Отправной точкой рассуждений Крика было материалистическое предположение, что все, что мы чувствуем и воспринимаем, «на самом деле не более чем поведение огромного скопления нервных клеток и связанных с ними молекул» [49]. Как он подчеркивал, абсолютного доказательства этой гипотезы не было (и до сих пор нет), но в ее поддержку имеется гораздо больше фактов, чем в пользу любой из конкурирующих точек зрения, которые рассматривают разум как нечто нематериальное.

Крик ожидал, что путем кропотливого научного исследования и тщательных экспериментов мы в конце концов сможем объяснить «все аспекты поведения нашего мозга». Хотя ученый не питал иллюзий, что цитадель падет при первом же штурме, его взгляды на перспективы совершения такого открытия были оптимистичны: «Я не утверждаю, что это произойдет быстро. Я действительно верю, что если мы продолжим наступление, то понимание, вероятно, будет достигнуто в течение XXI века» [50]. Сейчас мы прошли только 1/5 пути.

Ни одно из конкретных предложений Крика относительно идентичности и расположения нейронных коррелятов в состоянии бодрствования не выдержало испытания временем [51]. В своей заключительной работе, написанной вместе с Кохом и завершенной на смертном одре в 2004 году, Крик утверждал, что частью места этих коррелятов является ограда мозга, или клауструм, тонкий слой плохо изученных клеток, расположенный под корой головного мозга и имеющий запутанные связи как с корой, так и с соседними областями вроде гиппокампа. Из-за его сложности Крик и Кох предположили, что клауструм может быть центром интеграции, которая, по-видимому, лежит в основе сознания. Статья заканчивалась буквально последними словами Крика, сказанными им по этому вопросу:

«Нейроанатомия клауструма совместима с глобальной ролью в интеграции информации в быстром масштабе времени. Нужно продолжать экспериментально исследовать данный вопрос, в частности, играет ли клауструм ключевую роль в порождении сознания. Что может быть важнее? Так зачем же ждать?» [52]

Хотя есть доказательства того, что клауструм задействован в аспектах сознательного состояния, Кох теперь признает, что эта структура не является местом нейронных коррелятов сознания [53].

Работа Крика вызвала волну исследований, но общая область, которая вызывает возбуждение, и форма, которую оно принимает с точки зрения нейронной активности, остаются неуловимыми. Вероятно, наиболее согласованная концепция локализации заключается в том, что уровень сознания в значительной степени определяется стволом мозга и базальным передним мозгом[361], в то время как его содержание – то, что воспринимается, – обрабатывается корой, гипоталамусом и т. д. Это само по себе и информативно, и озадачивающе. Мозжечок – более плотная структура, чем кора, с большим количеством нейронов, и все же обычно считается, что он не участвует в процессах сознания. Эта загадка подчеркивает тот факт, что до сих пор никто не может объяснить, почему активность одного набора нейронов порождает сознание, тогда как активность другого – нет.

Для некоторых исследователей ранний интерес к лобным областям коры как к средоточию сознания теперь сменился акцентом на «горячей задней кортикальной зоне»[362]. Другие спорят с ними [54]. История показывает, что на эту роль выдвигали много мест, но ни одно из них до сих пор не устояло перед терзающей критикой экспериментального исследования. Было бы опрометчиво предполагать, что задняя или лобная кортикальная область действительно является тем участком мозга, где происходит все самое интересное, если оно и правда происходит в одном конкретном месте [55].

До сих пор никто не может объяснить, почему активность одного набора нейронов порождает сознание, тогда как активность другого – нет.

Непреходящей проблемой данной области является поиск надежных показателей активности сознания, которые были бы не затуманены несущественными аспектами эксперимента (такими как разговор или нажатие кнопки). Идеальный подход заключается в использовании так называемых показателей «без отчета», но это трудно, и обсуждение значимости экспериментальных результатов часто фокусируется на утомительных альтернативных интерпретациях очень точных методологических деталей. Учитывая, что существует так много популярных статей о поведении мозга во время сознательной деятельности, возможно, удивительно, что нет последовательной шкалы измерений – ни ЭЭГ, ни фМРТ, – которая могла бы надежно отличить людей в сознании от тех, которые не пребывают в состоянии бодрствования. Поиск идеальной парадигмы «без отчета» все еще продолжается.

Это исследование представляет не просто научный интерес. Были описаны реакции фМРТ или ЭЭГ у пациентов с синдромом «запертого человека»[363] или в коматозном состоянии, которые не могут общаться вербально, но чей мозг четко отвечает, когда его спрашивают: например, представить, что играет в теннис [56]. Несмотря на недавний прогресс в использовании сложной математической модели функции ЭЭГ и утверждения о том, что измерения ФМРТ могут отличать мозг невосприимчивых пациентов от мозга здоровых и минимально сознательных индивидов, на данный момент общепринятых коррелятов сознания обнаружено не было [57]. Но в конечном счете такая мера будет найдена с помощью технических средств, потому что сознание – это физическое явление. Однако, поскольку ни фМРТ, ни ЭЭГ не могут сказать нам напрямую, что делают нейроны, в лучшем случае это будет коррелят нейронных коррелятов сознания. Такое решение удовлетворило бы клинициста, но не нейробиолога.

* * *

Поиск нейронных коррелятов сознания открыл наилучшие перспективы в аспекте подхода Крика к зрительной системе. Цель Крика – выявить подмножество нейронов, которые воплощают корреляцию с сознанием, – не была достигнута, но была изучена лишь крошечная часть нейронов и возможных видов зрительной стимуляции. Как отмечали Крик и Кох в 1998 году, «недостаточно показать, что определенные нейроны воплощают НКС (нейронные корреляты сознания) в определенных – ограниченных – визуальных ситуациях. Скорее, нам нужно найти НКС для всех типов зрительных сигналов или, по крайней мере, в достаточно большой и репрезентативной выборке[364]» [58]. Мы все еще далеки от этой цели.

В 2008 году группа Ицхака Фрида описала реакции клеток медиальной височной доли у бодрствующих пациентов, когда тем были представлены очень краткие подборки изображений, так что в некоторых случаях картинки не могли быть сознательно идентифицированы [59]. Ответы этих нейронов были тесно связаны со способностью пациента распознавать изображение. Например, одна клетка у одного из испытуемых выраженно реагировала на изображение Элвиса Пресли, если изображение демонстрировалось достаточно долго, чтобы его можно было узнать, но не откликалась вообще, если изображение убирали настолько быстро, что узнавание было исключено. В более позднем исследовании Фрид и Кох изучали нейроны, которые участвуют в создании бинокулярного восприятия из изображений, представленных каждому глазу [60]. Чередуя нормальные бинокулярные изображения, скажем, актрисы Аннетт Бенинг или змей, при одновременном предъявлении образов Бенинг и змей, которые не могли быть преобразованы в бинокулярное изображение, ученые обнаружили нейронные корреляты бессознательного процесса, протекающего в голове, в том числе и когда вы читаете эти слова.

Некоторые нейроны реагируют на несколько секунд раньше, прежде чем мы что-то увидим.

Некоторые нейроны реагировали за две секунды до того, как пациенты сообщали о том, что они увидели.

Как показывает это исследование, одним из важных следствий работы Крика было то, что могут существовать аспекты восприятия, которые важны для общего процесса, но не являются частью сознания. Это прозрение, к которому впервые пришел Гельмгольц, помогло восстановить респектабельность термина «бессознательное» в нейронауке, но не в его мифическом фрейдистском смысле, а скорее в терминах процессов, недоступных сознательному опыту. Основное внимание в данном эксперименте было уделено зрительной коре приматов, и, в частности, попыткам определить, какие элементы деятельности самой ранней стадии зрительной обработки являются частью сознания, а какие – нет.

В 1995 году Крик и Кох утверждали, что мы ничего не знаем об активности первичной зрительной коры приматов, известной как V1, которая обрабатывает сигналы на самых ранних этапах. Общепринято, что активность данной области соответствует идентичности физического стимула, а не полному восприятию, которое включает высшие мозговые структуры. Это наводит на мысль, что в целом V1 не является частью нейронных коррелятов сознания. О такой позиции критически отзывался американский философ Нед Блок, полагавший, что Крик и Кох используют термин «сознание» слишком свободно [61].

Вклад Блока в философию сознания значителен, потому что он проводит различие между тем, что называется феноменальным сознанием (потому что оно имеет дело с феноменами, а не потому, что оно удивительно, хотя это так) и сознанием-доступом (использование сознания для руководства действием)[365]. Это различие не является общепринятым философами (а что является?), но некоторые ученые приняли точку зрения Блока, надеясь найти различие, которое могли бы исследовать экспериментально как способ дальнейшего понимания природы сознания [62].

Потребуются строгие научные доказательства – психологические и нейробиологические – прежде чем эти два предполагаемых аспекта сознания будут широко приняты. Взгляд Крика на вмешательство философов в дискуссии о сознании – поле, на котором они властвовали в течение нескольких тысячелетий, – обычно был достаточно откровенным: «Слушайте их вопросы, но не слушайте их ответов» [63][366].

Радикальный вызов нашему повседневному опыту восприятия сознания появился в серии исследований нейробиолога Бенджамина Либета[367], внесших свой вклад в подъем философии, начавшийся в 1980–1990-х годах [64]. Работа Либета обычно воспринимается как подрыв понятия свободной воли – нашего представления, что мы можем выбирать, как себя вести. В очень сложном эксперименте, который с тех пор многократно повторялся в различных формах, Либет обнаружил, что следы ЭЭГ, которые выявляли намерения испытуемых двигать пальцем, немного опережали их сознательное решение это сделать. Для многих ученых и некоторых философов это открытие означало, что сознание и свободная воля в форме ментального «гомункула» – иллюзия. Сознательное ощущение решения пошевелить пальцем, утверждают они, является рационализацией решения, которое уже было принято нервной системой.

Жесткая интерпретация заключается в том, что у нас нет свободной воли, а вместо этого мы управляем нейронной активностью, которая не сразу доступна сознанию, но которая «осмысливается» тотчас после этого.

Хотя результаты эксперимента Либета не подвергаются сомнению, сам факт интерпретации и ее последствия все еще оспариваются [65]. Одно недавнее исследование показало, что основной вывод ученого справедлив только в том случае, если испытуемые делают произвольный выбор, а не принимают важные обдуманные решения [66]. Таким образом, вопрос еще далек от разрешения [67].

У нас нет свободной воли – вместо этого мы управляем нейронной активностью, которая не сразу доступна сознанию.

Для многих людей вера в то, что они обладают свободной волей и могут решать, что делать в любых обстоятельствах, слишком убедительна, чтобы рассматривать какую-либо альтернативу. Другие глубоко враждебны строгой интерпретации работы Либета, потому что она подразумевает, что мы не способны совершать моральный выбор и что карательные меры многих законов необоснованны. Наказывать людей за то, что они не контролировали, кажется несправедливым и бессмысленным. Даже если такая интерпретация верна, а свобода воли – иллюзорна, теория не объясняет, как и почему мы воспринимаем эту иллюзию – что именно происходит в мозге, чтобы произвести такое впечатление, – и ничего не говорит нам о том, когда в эволюционном прошлом эта иллюзия впервые возникла.

Ближе к концу жизни Либет исследовал эти серьезные проблемы, предположив существование «сознающего ментального поля», нефизического выражения нейронной активности, неотделимого от мозга: «Это нефизический феномен, подобный субъективному опыту, который он представляет» [68]. Что касается того, как возникает поле, Либет отклонил данный вопрос, указав, что это всего лишь одна из данностей во Вселенной, как гравитация или магнетизм. Он мало что мог сказать о том, сколько нейронов и какого типа, проявляющих какую-либо активность, потребуется для генерации подобного поля. Вопрос о нейронных коррелятах сознания не фигурировал в его рассуждениях.

* * *

На одном уровне установлены нейронные корреляты сознания – те «клетки Дженнифер Энистон», срабатывавшие в мозге испытуемого, когда он видел ее фотографию. Но эта соотносимая активность не дает понимания того, почему фотография конкретной актрисы вызывает конкретную реакцию у данного индивида. (Почти наверняка другая реакция будет наблюдаться в той же клетке мозга другого человека, смотрящего на ту же фотографию.) Самое главное, что она не говорит нам ничего общего о сознании или восприятии. Это частичный нейронный коррелят того, что происходит в голове одного индивида, когда он видит изображение другого индивида, и ничего больше.

Чтобы избежать подобных проблем, исследователи немного уточнили свои цели. Теперь они в целом согласны с тем, что ищут «минимальные нейронные механизмы, совместно достаточные для любого конкретного сознательного восприятия» [69]. «Клетки Дженнифер Энистон» не будут считаться, потому что являются лишь одним из компонентов сотен тысяч нейронов, которые необходимы для узнавания ее фотографии.

Окончательная проверка причинно-следственной связи, которая, как предполагается, стоит за этими корреляциями, произойдет после того, как мы обнаружим соответствующие нейронные сети и активируем их соответствующим паттерном стимуляции – например, транскраниальным магнитным импульсом, имплантированными электродами или, в случае экспериментов с животными, оптогенетикой. Если существует причинно-следственная связь между выявленной нейронной активностью и сознанием, то субъект должен воспринимать соответствующую вещь (или если задействованные нейроны заблокированы, то не должен ее воспринимать).

В этом направлении уже были сделаны некоторые шаги. В 2014 году исследователи описали результаты стимуляции областей коры головного мозга человека, ответственных за распознавание лиц. Эксперимент снова проводился с использованием электродов, вживленных в мозг пациента для лечения эпилепсии. Когда стимулировались области распознавания лиц в правой части мозга, пациенты сообщали о странных перцептивных эффектах, особенно связанных с восприятием лиц: «Вы просто превратились в кого-то другого, ваше лицо претерпело метаморфозу. У вас нос отвис и съехал влево», – доложил один. Другой заявил: «Середина глаз искривляется… подбородок выглядит отвисшим», а третий вынес вердикт: «Вы выглядели так, словно были кошкой» [70].

В 2014 году исследователи описали результаты стимуляции областей коры головного мозга человека, которые ответственны за распознавание лиц.

В 2018 году французские нейроученые сообщили, что стимуляция той же области у пациентки вызывала очень точные галлюцинации, когда она смотрела на разные фотографии [71]. Как она сообщила: «Фотография Саркози была перенесена на другое лицо» и «Это были не ваши глаза, это были глаза кого-то, кого я уже видела». Были затронуты только некоторые части лица, и, в отличие от исследования 2014 года, отдельные элементы лица были одновременно не искажены и превращались в галлюцинации в соответствующем положении. Хотя эти жуткие результаты очень точной стимуляции областей распознавания лиц позволили воссоздать элементы восприятия, последствия этой активации для других частей мозга неизвестны – исследована лишь небольшая часть некоторых нейронных коррелятов распознавания лиц.

В 2013 году, снова работая с пациентами, которых готовили к лечению, исследователи из Стэнфордского университета под руководством Джозефа Парвизи стимулировали очень специфическую часть средней области передней поясной коры[368] (mACC), структуру глубоко в передней части мозга. Оба пациента сообщили об одной и той же поразительно специфической реакции: они начали переживать как телесные, так и психические симптомы, связанные с готовностью к встрече с большим физическим вызовом. Один из них сообщил (каждая из этих фраз соответствовала определенному периоду стимуляции):

«Моя грудь и дыхательная система начали дрожать… У меня появилось такое чувство, как будто я еду в бурю… как будто пытаюсь найти выход, собираюсь пройти через что-то… это была скорее позитивная вещь, как давить сильнее, сильнее и сильнее, чтобы попытаться пройти через это» [72].

Об подобных ощущениях сообщали только в случае стимуляции конкретной области (так что не наблюдалось никакой реакции в зонах мозга, находящихся лишь на небольшом расстоянии, или если ток не применялся), и интенсивность и точность чувств росли с увеличением напряжения и прекращались, как только ток был выключен. Авторы резюмировали свои наблюдения в названии статьи: «Воля к упорству, вызванная электрической стимуляцией поясной извилины человека[369]».

Точность этого эффекта, как с точки зрения относительно небольшой стимулировавшейся области, так и с точки зрения конкретных чувств, которые вызвала стимуляция, может привести нас к мысли, что в человеческом мозге есть крошечный участок, ответственный за них. По несколько шутливому замечанию философа Патриции Черчленд, результат можно было бы принять за то, что исследователи определили как «модуль для ощущения-зловещей-угрозы-и-собирания-в-кулак-воли» [73]. В действительности одни и те же нейроны будут задействованы в самых разнообразных состояниях сознания, но их паттерны активности и взаимосвязи будут варьироваться в зависимости от конкретного состояния. Эти удивительные результаты вносят свой вклад в растущую лавину доказательств того, что сознательные переживания и деятельность мозга – это одно и то же, и предполагают, что в итоге великая тайна того, как все это работает, будет раскрыта. Черчленд отметила:

«Даже в нынешнем столетии некоторые философы громко заявляли, что сознание, например, не может быть свойством человеческого мозга. При всем философском позерстве, однако, более чем знаменательно, что несколько миллиампер тока, приложенного к человеческой поясной извилине, могут породить сложный каскад чувств, эмоций, которые исчезают с прекращением тока… Насколько всем известно, нефизические души не реагируют на миллиамперы тока» [74].

На данный момент никакая искусственная стимуляция не способна последовательно создать то, что в действительности было бы полной галлюцинацией, изменяющей каждый аспект восприятия индивида.

В реальном мире мы все еще не можем вызывать переживания с помощью искусственных средств.

Психоделические препараты могут вызывать измененные состояния сознания, включая видение вещей, которых нет, но их воздействие распространяется на весь мозг, а результат крайне непредсказуем.

В реальном мире – не в мире мысленных опытов – мы все еще не можем последовательно вызывать сознательные переживания с помощью искусственных средств. Но это время придет.

* * *

В 1995 году философ Дэвид Чалмерс сосредоточил всеобщее внимание на различных вопросах, связанных с сознанием, отделив то, что он называл «легкими проблемами», включавшими объяснение таких явлений, как внимание, контроль, категоризация и т. д. (нейробиологи могли бы придраться к предположению, что объяснение любого из них «легкое»), от «трудных проблем», то есть того, из-за чего мы вообще что-либо испытываем: «Широко распространена мысль, что опыт возникает на физической основе, но у нас нет достойного объяснения того, почему именно такой опыт появляется и каким образом. Почему физическая переработка полученной информации вообще дает начало богатой внутренней жизни? С объективной точки зрения это кажется безосновательным, однако является правдой» [75].

С одной стороны, это хитроумное упражнение в ребрендинге – Чалмерс не подчеркивал ничего, что не признавалось более 300 лет, – имело то преимущество, что делило проблему на отдельные элементы. С другой стороны, как предупреждал Крик, философы играют по другим правилам, нежели ученые.

Чалмерс – один из нескольких современных философов, принявших нематериалистическое объяснение сознания и утверждающих, что оно не подчиняется физическим законам Вселенной и что будут необходимы новые законы физики, если мы хотим когда-либо понять его. Логически исключать такую возможность нельзя, но на данный момент нет никаких причин поддерживать данную точку зрения, кроме разочарования в нынешнем замешательстве и стремления к чему-то новому.

Для того чтобы ученые отказались от материалистического подхода, оказавшегося на поверку весьма продуктивным и предоставляющим экспериментальные инструменты для исследования таинственных феноменов вроде сознания, нам понадобятся гораздо более убедительные мотивы, например, необъяснимые экспериментальные результаты, противоречащие материалистической концепции. Таких данных пока не поступало.

Еще один философский вклад, оказавший влияние на научные подходы к вопросу сознания, был сделан в 1974 году Томасом Нагелем в статье «Каково быть летучей мышью?» (не он придумал этот вопрос[370]) [76]. Нагель подчеркивал, что яркие субъективные переживания (философский термин для этих ощущений – «квалиа», например, опыт созерцания красной ягоды) присущи тому, каково это – быть собой (или летучей мышью). Но понимания того, каково это – быть другой особью или другим существом, невозможно достигнуть, полагал ученый[371]. Каким бы поразительным ни был этот вопрос, научный подтекст аргументации Нагеля не ясен, хочется просто вскинуть руки в ужасе от сложности всего происходящего[372]. Совсем недавно Нагель предсказал, что для достижения прогресса потребуется «крупная концептуальная революция, по крайней мере столь же радикальная, как теория относительности»; революция, которая будет нематериалистической [77]. Без каких-либо указаний на то, где мы должны искать эту новую теорию, и прежде всего четких экспериментальных доказательств ее необходимости, это предостережение не очень поможет.

Подобные взгляды на самом деле являются признанием отчаяния, поскольку мы знаем еще меньше о гипотетических нематериальных субстанциях или умозрительных экзотических состояниях материи и о том, как они могут или не могут взаимодействовать с физическим миром, чем о том, как мозговая деятельность порождает сознание. Ни одно экспериментальное доказательство прямо не указывает на нематериальное объяснение разума. И прежде всего, материалистический научный подход предполагает исследовательскую программу, которая, в принципе, может разрешить вопрос путем эксперимента. Это не относится ни к одной из альтернатив.

За последние тридцать лет ученые опять пытаются постигнуть проблему сознания.

За последние тридцать лет ученые опять начали предпринимать попытки постигнуть проблему сознания. Трудный вопрос, в частности, остается трудным и в значительной степени неразрешенным, за исключением концепций, подобных взглядам Либета, которые рассматривают его как данность и, следовательно, вообще не ставят как вопрос (этой позиции также придерживаются некоторые философы) [78]. Для тех, кто пытается исследовать данную проблему в рамках строго материалистического подхода, пропасть между физическими и психическими явлениями остается такой же зияющей, какой она была для Лейбница в XVIII веке или для Дюбуа-Реймона и Тиндаля сто пятьдесят лет спустя. Но тот факт, что разрыв существует, не означает, что его нельзя преодолеть.

* * *

В последнее десятилетие идея, озвученная сначала Хеббом, а затем Криком о том, что изучать сознание с научной точки зрения нужно, сосредоточившись на точных, разрешимых вопросах, кажется, несколько подзабылась. Бо́льшая часть проделанной теоретической работы скатывается в область спекуляций: теории стремятся описать многие или большинство фактов, известных о сознании, а не объяснить один поддающийся анализу аспект.

Хотя существует множество различных способов теоретизации сознания, в настоящее время есть два основных научных подхода, ни один из которых не является общепризнанным.

Французские нейробиологи Станислас Деан и Жан-Пьер Чанге, следуя идеям Бернарда Баарса[373], разработали глобальную теорию нейронного пространства, согласно которой сознание возникает, когда информация становится доступной различным системам мозга, в частности через активность нейронов с аксонами, которые распространяются по областям мозга [79]. Вот что сказал Деан, невольно используя старую метафору: «Сознание – это не что иное, как гибкая циркуляция информации внутри плотного распределительного щита кортикальных нейронов» [80]. «Не что иное, как» занимает много места в этом предложении, и теория не объясняет, почему гибкая и плотная циркуляция информации порождает сознание. В конечном счете она предстает как данность. Это может быть правдой, но в качестве объяснения кажется неудовлетворительным.

В настоящее время существует только два научных подхода к сознанию, но ни один из них не является общепризнанным.

Другой подход называется теорией интегрированной информации и был разработан Джулио Тонони, Джералдом Эдельманом и рядом сотрудников, включая Кристофа Коха [81]. Это сложный математический подход, сотоящий из ряда математических аксиом, относящихся к существенным свойствам опыта, вместе с набором постулатов, касающихся организации физических субстратов из этих аксиом [82].

Согласно теории, сознание – это просто интеграция информации, вовлеченной в сети, и оно может быть измерено степенью коннективности, которая, в свою очередь, может быть задана величиной, указывающей на степень сознания[374]. Опять же, связь между сознанием и выбранным фокусом теории – в данном случае интеграцией информации – неясна. Она просто есть.

Хотя немногие ученые, работающие в настоящее время в данной области, последовали за Шеррингтоном, Экклсом и Пенфилдом и открыто заняли дуалистическую позицию, некоторые были рады принять другие решения проблемы разума и мозга, которые были впервые ясно предложены в XVII веке, в частности, что вся материя может быть каким-то образом сознательной, – панпсихизм. (Тонони утверждает, что его теория подтверждает некоторые «интуитивные прозрения» панпсихизма. Другие исследователи предпочитают гипотезу, что только живая материя, начиная с одноклеточных организмов, является сознательной.) [83] Есть большое преимущество в том, что такой подход требует какого-либо конкретного объяснения существования человеческого или животного разума, но это ничего не объясняет и часто приводит к непроверяемым мистическим верованиям. Это видно из заявления Коха о том, что теория интегральной информации имеет телеологические последствия – он предполагает, что в материи есть какое-то побуждение стать сознательной, и с энтузиазмом ссылается на иезуитского мистика Тейяра де Шардена [84]. Трудно представить, чтобы Крик оценил такую компанию.

Существует ряд психологических теорий сознания, связанных с тем, как мозг интерпретирует окружающую среду и воздействует на мир, которые, как правило, больше сосредоточены на функции сознания, чем на фундаментальных механистических вопросах [85]. Теории сознания, наиболее привлекательные для широкой публики, – те, что ссылаются на квантовую сферу, такие как предположение математика Роджера Пенроуза о том, что квантовые эффекты в нейронных микротрубочках мозга лежат в основе сознательного опыта (почему человеческие микротрубочки могут демонстрировать другие квантовые эффекты, чем микротрубочки у червя, неясно) [86]. В последнее время Газзанига также пошел по квантовому пути, хотя его теория больше похожа на общую концепцию, в которой он рассматривает сознание как самый сложный пример более глубокой проблемы определения того, что является живым, а что нет, причем квантовый принцип комплементарности[375] играет ключевую, хотя и расплывчатую роль в его рассуждениях [87]. Квантовые подходы к необъяснимым биологическим явлениям привлекательны для некоторых людей (как правило, физиков и математиков), отчасти из-за предположения, что если две вещи загадочны, то могут быть связаны, но нет никаких доказательств того, что квантовая механика может объяснить сознание [88].

К сожалению, многие теоретики не занимаются конкурирующими теориями, даже если они, по-видимому, очень похожи [89]. Удивительная ситуация, в которой различные теории в значительной степени идут своим собственным путем, не только возможна, но и широко распространена, потому что существует много идей, но мало решающих экспериментальных результатов.

Нет никаких доказательств того, что квантовая механика может объяснить сознание.

Это ключевой момент. Чтобы убедить ученых в истинности любой из существующих теорий или, что более вероятно, в необходимости их отбрасывания или адаптации, потребуются четкие экспериментальные данные. Это, скорее всего, станет возможным только тогда, когда нейронные корреляты сознания будут, наконец, открыты и теоретики смогут сосредоточиться на более точных и локализованных прогнозах. На данный момент многие из предсказаний, сделанных в рамках теорий, настолько расплывчаты, что неинформативны с точки зрения проведения экспериментов. В октябре 2019 года сторонники теории интегральной информации и теории глобального рабочего пространства согласились на серию тестов, которые могли бы продемонстрировать, что одна из них является более точной. Покажет ли это, что любая из этих теорий на самом деле верна, – другой вопрос [90].

Существует еще один возможный – но крайне маловероятный – путь вперед: теория глобального нейронного рабочего пространства и теория информации интегральной имеют противоположные следствия в отношении возможности машины стать сознательными. Очевидным следствием глобального нейронного рабочего пространства является то, что машина могла бы быть сознательной, если бы у нее была схема, которая бы воспроизводила глобальное распределение информации, лежащее в основе данной теории (Деан утверждал, что это чрезвычайно маловероятно) [91].

С другой стороны, одна из интерпретаций теории интегральной информации предполагает, что только нечто, столь же сложноорганизованное, как мозг, способно обеспечивать такую степень интеграции информации, которая позволяет возникнуть сознанию. Появление действительно сознательных машин (но как мы можем это узнать?), вероятно, и решило бы эту проблему, хотя и вызвало бы множество более важных вопросов. На данный момент есть лишь предположения. Нет никаких признаков того, что сознание вот-вот появится из интегральных схем.

До сих пор не выяснена связь между разумом и мозгом.

Значительный научный прогресс в понимании сознания и его истоков в функционировании мозга, вероятно, потребует возвращения к решительному акценту на экспериментах, предложенному сначала Хеббом, а затем Криком. Дополнительным предположением было бы то, что ученым, возможно, лучше оставить философствование философам. Изучение решаемых частей проблемы вместо того, чтобы беспокоиться о теоретических объяснениях наиболее сложных аспектов сознания, представляется наиболее плодотворным подходом.

Это не означает, что исследователи должны избегать либо жутких результатов испытаний пациентов с расщепленным мозгом, либо рутинного, но запутанного опыта потери сознания, а затем его возвращения, как это происходит после пробуждения ото сна или восстановления после наркоза. Эти открытия говорят нам нечто очень важное о природе связи между разумом и частями мозга [92]. Но на данный момент попытка интегрировать эти сложные факты в стройное объяснение работы мозга, по всей видимости, является ошибкой. Ясность придет тогда, когда мы будем располагать более прочной основой для построения теории. Это не подход, который удовлетворил бы философа, а метод, который признает каждый ученый.

Как проницательно заметила Патриция Черчленд, автор работы «Совесть: происхождение нравственной интуиции», очень маловероятно, что будет один-единственный эксперимент и одна теория, которая продемонстрирует, как мозговая деятельность трансформируется в сознание[376]. Между XV и XVIII веками европейские мыслители постепенно признали, что вместилищем мысли является мозг, а не сердце. Тогда не было «мозгоцентричных» воззрений, и весьма сомнительно, что в будущем мы воздвигнем теоритическую концепцию, в центре которой будут значиться нейронные сети. Вместо этого медленное накопление доказательств постепенно прольет свет на интересующие нас вопросы. Как бы то ни было, нет никаких оснований возвращаться в омут пессимизма, затянувший мыслителей в 1870-е годы. В конце концов мы решим трудную проблему.

Осенью 2020 года два исследования животных представили некоторые захватывающие идеи о том, что обычно рассматривается как уникальная человеческая проблема [93]. Группа Андреаса Нидера из Тюбингенского университета записала активность нейронов мозга ворон, когда те выполняли задачу визуального обнаружения. У птиц нет многослойной коры, и все же активность их мозговых клеток коррелировала с осознанием птицами наличия или отсутствия стимула. Если результат действительно обусловлен сознательным восприятием, а не отражением памяти или вычислений, это означает, что либо сознание включает структуры, общие для многих животных и присутствовавшие до эволюции коры головного мозга у млекопитающих, либо сознание появилось отдельно у птиц и не обязательно требует наличия коры. Вскоре после этого группа Дорис Цао сообщила, что активность отдельных нейронов в коре головного мозга макаки соответствует тому, что животное действительно видит.

Популяционная активность клеток в нижневисочной (инферотемпоральной) коре, в основании мозга, по-видимому, представляет собой нейронный коррелят сознания у обезьяны.

Распространение полученных данных на людей, у которых существование сознания принимается с большей готовностью, будет сложной задачей. В 1998 году, после ночной попойки на конференции в Бремене, Кох заключил пари с Чалмерсом, что в течение четверти века (то есть к 2023 году) мы определим нейронные корреляты сознания – но не обязательно их причину – в терминах активности «небольшого набора нейронов, характеризующихся небольшим списком внутренних свойств» [94]. Победитель получит ящик прекрасного вина. Похоже, Кох проиграет.

Будущее

Трудно предсказать, как мы в конце концов придем к пониманию мозга и в чем оно будет заключаться. Озвучивание подобного рода прогнозов также было бы безрассудством – многие читатели (особенно нейробиологи среди вас), несомненно, не согласятся с некоторыми вещами, что изложены ниже, а предсказание – дело неблагодарное, особенно когда речь идет о будущем.

Тем не менее вот оно.

Поразительные новые методы теперь обеспечивают такую степень контроля в экспериментах на мозге, которая была бы отвергнута как научная фантастика всего несколько лет назад. Однако пока способность визуализировать то, что происходит в мозге у представителей разных видов, становится все более точной. И все же ученые неоднократно заявляли не только о том, что обилие данных не позволило нам понять мозг, но и то, что мы даже не находимся на пути к достижению этой цели [1]. Как выразился Олаф Спорнс, «нейробиологии все еще в значительной степени не хватает принципов организации или теоретической основы для преобразования данных мозга в фундаментальные знания и понимание» [2].

Наше понимание мозга, похоже, снова зашло в тупик.

В 2017 году журнал Science исследовал данную проблему в серии статей под общим названием «Нейробиология: в поисках новых концепций» [3]. Французский нейробиолог Ив Френьяк сосредоточился на современной тенденции собирать огромные объемы данных в рамках дорогих масштабных проектов. Для Френьяка это представляет собой индустриализацию исследований мозга, где финансирующие агентства (и исследователи) считают, что «использование самых причудливых инструментов и силы чисел может привести к какому-то прозрению» [4].

Подобные проекты существуют по всему миру, от США (инициатива Белого дома BRAIN, Проект «Человеческий коннектом» и др.) и Китая (Brain Project) до Европы (проект «Мозг человека» и многие другие), а также в Австралии и Японии. Парадоксально, но цунами данных, которое они производят, серьезно замедляет прогресс, отчасти потому, что, как выразился Френьяк, «большой объем данных – это еще не знание».

«Всего 20–30 лет назад нейроанатомической и нейрофизиологической информации было относительно мало, а понимание процессов, связанных с разумом, казалось вполне достижимым. Сегодня мы тонем в потоке данных. Парадоксально, но всякое чувство глобального понимания находится под серьезной угрозой быть утраченным. Каждое преодоление технологических барьеров открывает ящик Пандоры, обнажая скрытые переменные, механизмы и нелинейности, наслаивая новые уровни сложности».

У Френьяка не было прямого ответа, кроме ряда предложений, которые могли бы укротить и обогатить проекты, обеспечивающие большой массив данных, поощряя их более широкое междисциплинарное сотрудничество и сосредоточившись на проверке гипотез, а не просто на сборе огромных информационных баз.

Хотя размер все увеличивающейся горы данных поражает воображение, проблема не в этом. В 1992 году Патриция Черчленд и Терри Сейновски опубликовали книгу «Вычислительный мозг», где описали новейшие модели ощущения, пластичности и сенсомоторной интеграции, но тем не менее утверждали, что особого теоретического прогресса не было достигнуто – «почти все еще предстоит сделать, и со всех сторон маячат крупные загадки» [5]. Почти четверть века спустя дочь Патриции, невролог Энн Черчленд, пришла к аналогичному выводу. Работая вместе с Ларри Эбботом, Энн Черчленд подчеркнула существующие трудности в интерпретации огромного количества данных, получаемых лабораториями по всему миру: «Чтобы охватить и понять такой информационный натиск, помимо умелого и творческого применения экспериментальных технологий, потребуются, в частности, значительные достижения в методах анализа данных и интенсивная разработка теоретических концепций и моделей» [6].

«Наше понимание мозга, похоже, снова зашло в тупик».

Эти повторяющиеся призывы к созданию единой теории могут быть тщетными. Можно утверждать, что не существует единой концепции функционирования мозга, даже у червя, потому что мозг – это не единое целое (ученым даже трудно придумать точное определение того, что такое мозг) [7]. Как заметил Крик, мозг – это интегрированная, эволюционировавшая структура, различные части которой появляются в разные моменты эволюции и адаптируются для решения различных задач. Нынешнее понимание того, как все это работает, крайне неполно – например, большинство нейронаучных сенсорных исследований было сосредоточено на зрении, а не на обонянии, которое концептуально и технически более сложно. Но обоняние и зрение работают по-разному, как в вычислительном, так и в структурном плане. Сосредоточившись на зрении, мы получаем очень ограниченное понимание того, что и как делает мозг [8].

Природа мозга – одновременно интегрированного и сложного – может означать, что будущее знание неизбежно будет фрагментированным и скроенным из самостоятельных объяснений для отдельных его частей. В конце концов, как выразился Марр, мозг состоит из «множества» устройств обработки информации. Черчленд и Эббот сформулировали это так: «Глобальное понимание, когда оно придет, скорее всего, примет форму отдельных лоскутков, свободно сшитых в большое пестрое одеяло» [9].

* * *

В течение более чем пятидесяти лет все «лоскутки», над которыми мы трудились, были обрамлены мыслью, что процессы в мозге включают нечто подобное тому, что осуществляется в компьютере. Это не значит, что такая метафора будет полезна и в будущем. В самом начале цифровой эры, в 1951 году, Карл Лешли выступал против использования любой машинной метафоры:

«Декарт был впечатлен гидравлическими фигурами в королевских садах и разработал гидравлическую теорию действия мозга. С тех пор у нас были телефонные теории, теории электрического поля, а теперь теории, основанные на вычислительных машинах и автоматических рулях. Я полагаю, что мы с большей вероятностью узнаем о том, как работает мозг, изучая сам мозг и явления поведения, чем потакая надуманным физическим аналогиям» [10].

Недавно французский нейробиолог Ромен Бретт пошел еще дальше, бросив вызов самой влиятельной метафоре функции мозга – кодированию [11]. Идея нейронного кода доминирует в нейробиологии с момента создания ее Эдрианом в 1920-х годах и восторженного принятия концепции Горацием Барлоу в 1960-х – за последние десять лет было опубликовано более 11 000 работ на эту тему [12]. Фундаментальная критика Бретта состояла в том, что, размышляя о «коде», исследователи непреднамеренно дрейфуют от технического смысла, в котором существует связь между стимулом и активностью нейрона, к репрезентативному смыслу, согласно которому нейронные коды представляют стимул. Тот же вопрос поднимали еще в 1990 году Уолтер Фримен и Кристин Скарда, когда они опубликовали статью под названием «Представления: кому они нужны?» [13]. Фримен, десятилетиями изучавший электрофизиологические реакции в мозге на запахи, объяснил, что, перестав беспокоиться о том, как нервные системы представляют окружающую среду, он смог «меньше сосредоточиться на внешнем мире, поставляющем информацию в мозг, и больше на том, что, собственно, делает сам мозг». Идея о том, что нервные системы представляют или кодируют информацию, содержит еще более фундаментальный подтекст. Как спросил Деннет Крика и Коха: «Представить кому?»

Мозг состоит из «множества» устройств обработки информации.

В большинстве описаний нейронного кодирования подразумевается, что активность нейронных сетей представляется идеальному наблюдателю или читателю как «нисходящие структуры», которые имеют доступ к оптимальному способу расшифровки сигнала. Но способы, которыми такие структуры на самом деле обрабатывают активность периферических нейронов, неизвестны, и на этот счет редко прямо выдвигаются гипотезы, даже в простых моделях функционирования нейронных сетей. Обработка нейронных кодов обычно рассматривается как серия линейных шагов – как цепочка из костяшек домино, падающих одна за другой, как в рефлексе. Мозг, однако, состоит из очень сложных нейронных сетей, которые взаимосвязаны и соединяются с внешним миром для осуществления действия. Сосредоточение внимания на множествах сенсорных и обрабатывающих нейронов без учета связи этих сетей с поведением животного упускает смысл всей обработки. «Потенциалы действия – это потенциалы, которые порождают действия, – заключил Бретт, – а не иероглифы, которые нужно расшифровать».

Подобный взгляд на мозг был представлен Дьёрджи Бузаки в недавно вышедшей книге «Мозг шиворот-навыворот» (The Brain from Inside Out) [14]. Согласно автору, мозг не просто пассивно поглощает стимулы и репрезентирует их через нейронный код, а активно ищет альтернативные возможности для проверки различных вариантов. Вывод, основанный на прозрениях Гельмгольца и Марра, состоит в том, что мозг не репрезентирует информацию, а конструирует ее.

Мозг состоит из сложных нейронных сетей, которые взаимосвязаны и соединяются с внешним миром для выполнения наших действий.

Метафоры нейробиологии – компьютеры, кодирование, электрические карты и так далее – всегда неполны. Такова природа аналогий, интенсивно изучавшихся философами науки и учеными, поскольку они, видимо, занимают центральное место в научной мысли [15]. Но метафоры также способны обогатить наше знание и порой позволяют добиться прозрений и открытий. Наступит момент, когда понимание, которое они допускают, будет перевешено накладываемыми ими ограничениями, но в случае вычислительных и репрезентативных метафор мозга нет согласия, что такой момент наступил [16]. С исторической точки зрения сам факт того, что дискуссия существует, предполагает, что мы действительно приближаемся к концу жизни вычислительной метафоры. Однако пока неясно, что могло бы ее заменить.

Ученые часто приходят в восторг, когда осознают, как с помощью метафоры были сформированы их взгляды, и понимают, что новые аналогии могут изменить то, как они воспринимают свою работу, или даже позволят разработать новые эксперименты. Придумать новые образы непросто – большинство из тех, что использовались в прошлом в отношении мозга, были связаны с развитием технологий. Вполне вероятно, что появление новых и метких метафор для мозга и того, как он функционирует, зависит от будущих технологических прорывов, такого масштаба, как открытие гидравлической энергии, изобретение телефонной станции или компьютера. Правда, нет никаких признаков подобного развития. Несмотря на последние модные словечки из сферы технологий – блокчейн, квантовое превосходство[377] (или квантовое что угодно), нанотехнологии и так далее, – маловероятно, что эти области изменят либо технологии, либо наш взгляд на то, что делает мозг.

Появление интернета и облачных вычислений[378] привело к кратковременной тенденции воспринимать мозг как некую распределенную вычислительную систему. И действительно, недавнее исследование показало, что нейроны не похожи на простые компоненты компьютера. Вместо этого благодаря мириадам дендритных связей, многие из которых включают в себя множество нейромедиаторов и уточняют реакцию клетки, нейроны способны выполнять очень сложные задачи, которые эквивалентны тому, что называется линейно неразделимыми функциями. Каждый дендрит может реагировать на локальную стимуляцию от других нейронов, посылая спайк к телу клетки, но не линейно, а диспропорционально увеличивая частоту спайков. Один из ученых, участвовавших в данном исследовании, британский нейробиолог Марк Хамфрис, уточнил, что таким образом каждая клетка функционирует, как сложный мини-компьютер [17].

Но из этого не следует, что аналогия с облачными технологиями и интернетом нам очень помогает. Одной из ключевых особенностей интернета, встроеннной в его структуру при самых ранних воплощениях, было то, что Всемирная сеть будет продолжать функционировать, даже если некоторые ключевые части системы будут разрушены, например, в результате ядерного удара. Независимо от нашей убежденности в том, что активность распределена по всему мозгу, и несмотря на вполне реальные доказательства нейропластичности, некоторые аспекты функции мозга действительно могут быть решительно нарушены при повреждении определенных областей.

* * *

Признаком, сигнализирующим, что наши метафоры, возможно, теряют объяснительную силу, можно считать широко распространенное предположение, что многое из того, что делают нервные системы – от простых систем, таких как ритмическое измельчение пищи желудком омара, вплоть до появления сознания у людей, – может быть объяснено только как эмерджентные свойства – феномены, которые вы не можете предсказать на основе анализа отдельных компонентов, но которые возникают как системные функции.

Недавнее исследование показало, что нейроны не похожи на простые компоненты компьютера.

В 1981 году Ричард Грегори утверждал, что эмерджентность как способ объяснения функции мозга указывает на проблему с теоретической основой: «Появление эмерджентности вполне может быть признаком того, что необходима более общая (или, по крайней мере, другая) концептуальная схема… Роль хороших теорий состоит в том, чтобы устранить видимость эмерджентности. (Таким образом, объяснения в терминах эмерджентности являются фиктивными)» [18]. При этом упускается из виду тот факт, что существуют различные виды эмерджентности, слабые и сильные. Слабые эмерджентные признаки, такие как движение стаи крошечных рыбок в ответ на появление акулы, могут быть поняты в терминах правил, которые управляют поведением их составных частей. В подобных случаях кажущееся загадочным групповое поведение основано на поведении отдельных животных, каждое из которых реагирует на определенные факторы вроде движения соседа или внешние раздражители, например приближение хищника.

Такого рода слабая эмерджентность не может объяснить действия желудка омара, не говоря уже о работе вашего мозга, поэтому мы возвращаемся к сильной эмерджентности, когда возникающее явление не может быть объяснено активностью отдельных компонентов – оно подчиняется собственной закономерности. Вы и страница, на которой написаны данные слова, сделаны из атомов, но ваша способность читать и понимать происходит от особенностей, появляющихся благодаря атомам вашего тела, которые образуют структуры более высокого уровня, такие как нейроны и их паттерны возбуждения, а не от простого взаимодействия атомов. В последнее время некоторые нейробиологи критикуют идею сильной эмерджентности как концепцию на грани «метафизической неправдоподобности», поскольку нет ни очевидного причинного механизма, ни единого объяснения того, как возникает эмерджентность. Как и Грегори, эти исследователи утверждают, что опора на эмерджентность для объяснения сложных явлений предполагает, что нейробиология находится на ключевом историческом этапе, подобном тому, что и при медленной трансформации алхимии в химию [19]. Но перед лицом многих тайн нейробиологии эмерджентность часто является единственным средством. И это не так уж глупо – удивительные свойства программ глубокого обучения, которые вообще не могут быть объяснены разработчиками, по сути являются эмерджентными.

Интересно, что в то время как некоторые ученые находятся в замешательстве от метафизики эмерджентности, исследователи искусственного интеллекта упиваются этой идеей, полагая, что сама сложность современных компьютеров или их интернет-взаимосвязанность приведет к сингулярности. Машины станут сознательными. Существует множество описаний такой возможности в художественной литературе (все часто заканчиваются плохо для всех заинтересованных сторон), и данный предмет, безусловно, будоражит общественное воображение, хотя нет никаких оснований (кроме незнания принципов работы сознания) предполагать, что это произойдет в ближайшем будущем. В принципе, такой вариант развития событий потенциально возможен, потому что рабочая гипотеза состоит в том, что разум – это продукт материи, который мы, следовательно, должны быть в состоянии имитировать в устройстве. Масштаб сложности даже самого простого мозга затмевает любую машину, которую мы можем себе представить. В течение десятилетий – столетий – в будущем сингулярность все еще продолжит оставаться предметом научной фантастики, а не науки.

Мы можем имитировать разум в устройстве, отчего машины могут в будущем стать сознательными.

Связанный с этим взгляд на природу сознания превращает метафору «мозг как компьютер» в строгую аналогию. Некоторые исследователи рассматривают разум как своего рода операционную систему, которая реализована на нейронном оборудовании, подразумевая, что разум как определенное вычислительное состояние можно загрузить на какое-то устройство или в другой мозг. Если учитывать то, как идея обычно преподносится, это неправильно или, в лучшем случае, утопично. Материалистическая рабочая гипотеза состоит в том, что мозг и разум у людей, личинок и всех остальных живых существ идентичен. Нейроны и поддерживаемые ими процессы, которые неким образом порождают сознание, есть одно и то же. В компьютере программное и аппаратное обеспечение разделены. Однако наш мозг и разум состоят из того, что лучше всего можно описать как биофактор, в котором само происходящее и то, где все происходит, неразрывно связаны.

Представление о том, что мы можем перепрофилировать нервную систему для запуска различных программ или загрузки разума на сервер, может показаться научным, но за этой идеей скрывается нематериалистический взгляд, восходящий к Декарту и более ранним мыслителям. Такая гипотеза предполагает, что разум каким-то образом «плавает» в мозгу и может быть перенесен в другую голову или заменен другим. Можно было бы придать этой мысли видимость научной респектабельности, представив ее в терминах считывания состояния набора нейронов и записи его на новый субстрат, органический или искусственный. Но даже для простого представления о том, как это можно осуществить на практике, нам понадобилось бы понимание функций нейронов, которое намного превосходит все, что мы можем себе вообразить в настоящее время, и потребовались бы огромные вычислительные мощности и моделирование, способное точно имитировать структуру рассматриваемого мозга. Для того чтобы все это стало возможно хотя бы в теории, нам сначала нужно научиться удовлетворительно моделировать деятельность нервной системы, способной удерживать хотя бы одно состояние, не говоря уже о мысли. В очередной раз желудок омара напоминает нам о нашем невежестве и расстоянии, которое еще предстоит преодолеть.

* * *

На данный момент метафора «мозг как компьютер» сохраняет доминирующую роль, хотя существуют разногласия относительно того, насколько она верна [20].

На данный момент метафора «мозг как компьютер» является самой популярной среди научного сообщества.

В 2015 году робототехник Родни Брукс выбрал вычислительную метафору мозга козлом отпущения для своего эссе в сборнике под названием «Эта идея должна умереть». Менее драматично, но формулируя аналогичные выводы, более двух десятилетий назад историк Райан Йоханссон утверждал, что «бесконечные споры об истинности или ложности такой метафоры, как «мозг – это компьютер», являются пустой тратой времени. Предложенное соотношение образно и приказывает нам что-то делать, а не пытается сказать нам правду» [21]. В том же духе нейробиолог Маттео Карандини признал, что параллели с тем, что считается передовой технологией, вскоре могут показаться причудливыми и устаревшими[379]. Но тем не менее он подчеркнул, что компьютерная метафора имеет некоторую ценность: «Мозг, несомненно, является органом обработки информации, поэтому его можно сравнить с лучшими вычислительными устройствами». Гэри Маркус гораздо активнее защищает данную аналогию:

«Компьютеры – это, в двух словах, систематические архитектуры, которые принимают входные данные, кодируют и манипулируют информацией, а также преобразуют входные данные в выходные. Мозг, насколько мы можем судить, делает то же самое. Настоящий вопрос заключается не в том, является ли мозг информационным процессором как таковым, а скорее в том, как он хранит и кодирует информацию и какие операции выполняет с этой информацией после кодирования» [22].

Маркус продолжал утверждать, что задача нейробиологии состоит в том, чтобы «перепроектировать» мозг, подобно тому, как можно исследовать компьютер, изучая его компоненты и их взаимосвязи, чтобы расшифровать, как он работает. Это предположение существует уже некоторое время.

В 1989 году Крик признал его привлекательность, но чувствовал, что потерпит неудачу из-за сложной и запутанной эволюционной истории мозга – он эффектно утверждал, что это будет похоже на попытку перепроектирования части «инопланетной технологии» [23]. Попытки найти общее объяснение принципов работы мозга, логически вытекающее из его структуры, были бы обречены на провал, утверждал он, потому что отправная точка почти наверняка ошибочна – общей логики нет.

Компьютер часто используется в качестве примера, чтобы показать, как мы, в принципе, можем понять мозг. Эти мысленные эксперименты неизбежно оказываются успешными, побуждая нас следовать данному пути. Но в 2017 году пара нейробиологов решила фактически провести эксперимент на реальном компьютерном чипе, который имел реальную логику и реальные компоненты с четко разработанными функциями. Все пошло не по плану.

Компьютер сейчас является частым примером, чтобы показать, как понять мозг.

Дуэт – Эрик Джонас и Конрад Пол Кердинг – обратился к тем же самым методам, которые обычно использовал для анализа мозга, и применил их к процессору MoS 6507, найденному в компьютерах конца 1970-х – начала 1980-х годов, который позволял этим машинам запускать видеоигры, такие как Donkey Kong, Space Invaders или Pitfall. Во-первых, ученые получили коннектом чипа, отсканировав 3510 транзисторов усилительного режима, содержавшихся в нем, и смоделировав устройство на современном компьютере (включая запуск игровых программ в течение десяти секунд). Затем они использовали весь спектр нейробиологических методов, таких как «повреждение» (удаление транзисторов из модели), анализ «пиковой» активности виртуальных транзисторов и изучение их взаимосвязей, наблюдение за влиянием различных манипуляций на поведение системы, измеряемое ее способностью запускать каждую из игр.

Удаление транзисторов – эквивалент повреждения области мозга – дало некоторые заманчиво четкие результаты. Например, было девяносто восемь транзисторов, каждый из которых, если его удалить самостоятельно, не давал системе загрузить Donkey Kong, но никак не влиял на Space Invaders или Pitfall. Но, как признавали авторы, это не означало, что существует что-то вроде «транзистора Donkey Kong» – такая интерпретация «грубо вводит в заблуждение», сказали они. На самом деле каждый из данных компонентов просто выполнял простую, базовую функцию, которая требовалась для Donkey Kong, но не для двух других игр.

Несмотря на развертывание мощного аналитического арсенала, и то, что есть точное объяснение того, как работает чип (это основная истина[380], говоря техническим языком), исследование не смогло обнаружить иерархию обработки информации, которая происходит внутри чипа. Как выразились Джонас и Кердинг, примененные ими методы не приводят к «осмысленному пониманию». Вывод, сделанный исследователями, был мрачен: «В конечном счете проблема не в том, что нейробиологи не могут понять микропроцессор, проблема в том, что они не поймут его, учитывая подходы, которые используются в настоящее время» [24].

Этот отрезвляющий результат говорит нам, что, несмотря на привлекательность компьютерной метафоры и тот факт, что мозг действительно обрабатывает информацию и каким-то образом представляет внешний мир, нам все еще предстоит совершить значительные теоретические прорывы. Даже если бы мозг был устроен по логическим принципам, а это не так, нынешние концептуальные и аналитические инструменты были бы совершенно неадекватны задаче объяснить их. Но моделирование не бессмысленно – моделируя (или симулируя), мы можем проверить имеющиеся гипотезы и, связывая модель с хорошо зарекомендовавшими себя системами, которыми можно точно манипулировать, мы можем получить представление о том, как функционирует реальный мозг [25]. Это чрезвычайно мощный инструмент, но нужно проявить некоторую скромность, когда речь заходит о требованиях, предъявляемых к подобным исследованиям, и реализм в отношении трудностей проведения параллелей между мозгом и искусственными системами.

Даже такая, казалось бы, простая задача, как вычисление емкости памяти человеческого мозга, терпит поражение.

Группа Терри Сейновски провела тщательное анатомическое исследование количества и размера дендритных шипиков, а также числа нейромедиаторных пузырьков в синапсе и подсчитала, что в среднем каждый синапс может хранить не менее 4,7 бит информации [26]. Получается, человеческий мозг может хранить по крайней мере петабайт (1 миллион гигабайт) информации. Как бы эффектно ни звучала такая цифра и как бы она привлекательно ни выглядела для тех, кому нравится идея, что математика и инженерия в состоянии рассказать нам, как работает мозг, исходным пунктом такого расчета служит искажение. Нейроны не являются цифровыми (основывающимися на битах информации), в то время как мозг – даже не-совсем-мозг круглого червя – не обладает жестко структурированной системой связей. Мозг постоянно меняет количество и силу синапсов и, кроме того, работает не только с помощью них. Нейромодуляторы и нейрогормоны также отвечают за функционирование мозга, но поскольку способ их работы и временные рамки, в пределах которых они действуют, не соответствуют компьютерной метафоре, они не фигурируют в таких исследованиях.

Невозможно вычислить емкость памяти человеческого мозга.

Вычисление емкости памяти мозга сопряжено с концептуальными и практическими трудностями. Мозг – это естественный, эволюционировавший феномен, а не цифровые устройства. Его нельзя достоверно изучить с помощью грубых – или даже изощренных – представлений об информации. Более того, сами структуры мозга и компьютера совершенно различны. В 2006 году Ларри Эббот внес свой вклад в книгу, написанную двадцатью тремя ведущими нейробиологами, которая посвящена нерешенным проблемам (большинство вопросов до сих пор не получили удовлетворительных ответов) [27]. В своем эссе «Где находятся переключатели на этой штуке?» Эбботт исследовал потенциальные биофизические основы самого элементарного компонента электронного устройства – переключателя. Хотя тормозные синапсы могут изменять поток активности, делая нисходящий нейрон невосприимчивым, такие взаимодействия относительно редки в мозге.

Каждая клетка не похожа на двоичный переключатель, который можно включить или выключить, образуя электрическую схему. Вместо этого основной способ, которым нервная система изменяет свою работу, заключается в изменении паттерна активности в сетях нейронов, состоящих из большого числа единиц. Именно они направляют, меняют и тормозят активность.

«Мозг – это естественный, эволюционировавший феномен, а не цифровые устройства».

В отличие от любого устройства, которое мы до сих пор рассматривали, узлами нейронных сетей являются не стабильные точки, такие как транзисторы или клапаны, а наборы нейронов – сотни, тысячи, десятки тысяч – которые могут последовательно реагировать как скоординированное целое в течение долгого времени, даже если составляющие их нейроны демонстрируют непоследовательное поведение. Это серьезная проблема, которую мы должны решить. С одной стороны, мозг состоит из нейронов и других клеток, взаимодействующих друг с другом в сетях, на работу которых влияет не только синаптическая активность, но и различные факторы, такие как нейромодуляторы. С другой стороны, ясно, что функция мозга – любого животного – включает сложные динамические паттерны нейронной активности на популяционном уровне. Я подозреваю, что найти связь между этими двумя уровнями анализа будет непростой задачей на протяжении большей части оставшегося столетия.

* * *

Существует еще более значительная проблема с теориями, предназначенными для понимания функций мозга на основе структуры – коннектомов или чего-то еще, – что можно увидеть, если представить, что чип MoS 6507 и связанные с ним компоненты были примером инопланетной технологии Крика, устройства, найденного на марсианском космическом корабле, упавшем на Землю. Полный анализ его компонентов показал бы, что сигналы извне могут изменить его функцию, но кажется маловероятным, что мы поймем, что марсианин будет использовать устройство для игры. И без наблюдения марсианина, взаимодействующего с машиной, мы никогда полностью не узнаем, как она работает. В отсутствие этого решающего внешнего элемента и смысл, и способ функционирования устройства остались бы неясны.

Когда мы экстраполируем данное рассуждение на понимание мозга, ключевой вывод заключается в том, что, как гласит яркий заголовок статьи 1997 года, – «У мозга есть тело». А у тела есть окружающая среда, и то и другое влияет на работу мозга. Это может показаться тривиальным и очевидным, но ни тело, ни окружающая среда не фигурируют в модельных подходах описания мозга. Физиологическая реальность любого мозга состоит в том, что он взаимодействует с телом и внешней средой с того момента, как начинает развиваться. Исключение данных аспектов из модели или из экспериментальной установки приведет в лучшем случае к неадекватному пониманию. Этот вопрос еще сложнее. Как недавно утверждали Алекс Гомес-Марин и Асиф Газанфар, «поведение животных – это не поведение их мозга». Животные – не роботы, управляемые мозгом; мы все, будь то личинки или люди, – индивидуумы, обладающие свободой воли[381], эволюционным прошлым и историей собственного развития. Все перечисленные факторы связаны с тем, как работает мозг, и должны быть интегрированы в нейробиологические модели [28].

Имитация мозга в вакууме – по сути, то, чем занимается проект «Мозг человека», за исключением того, что он включает только часть крошечного кусочка мозга крысы – лишает систему необходимого ей важного компонента, который поступает из внешнего мира. Олаф Спорнс заявил: «Нейроны не просто пассивно реагируют на сигналы – внося свой вклад в двигательную активность и поведение, они активно определяют, каковы эти сигналы» [29].

Возможно, то, что мы наблюдаем при моделировании или в изолированных сетях нейронов, является системой, не функционирующей полноценно. Сравнение имитационных исследований с мозговой активностью поведения животных, как это было сделано для данио-рерио, будет необходимо, чтобы прояснить это [30].

Такая точка зрения также подрывает недавний энтузиазм по поводу органоидов мозга[382] – сгустков мозговой ткани, полученной из стволовых клеток, выращенных в пробирке. Исследователи обнаружили, что соответствующие типы клеток мозга – в том числе и микроглии – появляются последовательно и воспроизводимо внутри органоидов мозга. Нейроны в органоидах могут демонстрировать ритмическое поведение, точно такое же, как те примитивные компьютерные модели 1950-х годов, которые, как утверждают, даже напоминают поведение недоношенного ребенка. В других экспериментах один органоид реагировал на свет в области, где росла ткань сетчатки, в то время как другие даже соединялись с кусочками спинного мозга мыши и вызывали мышечные сокращения [31]. Как ни странно, органоиды никогда не вырастают больше нескольких миллиметров в поперечнике и не превышают около 3 миллионов клеток – крошечной доли человеческого мозга – потому что изолированы от мириад важных факторов, производимых организмом во взаимодействии с окружающей средой и влияющих на развитие мозга.

Эти капли размером с чечевицу способны дать нам важную информацию о том, как простые структуры мозга развиваются в здоровом и в болезненном состоянии и как эволюционировал мозг [32]. Но они уже были созданы, причем для некоторых экстраординарных случаев. Один умник стремится создать органоиды мозга, используя геном неандертальца, подключить их к «роботам, напоминающим крабов», а затем заставить их соревноваться с роботами, управляемыми органоидами человеческого мозга [33]. Такое зрелище ничего бы нам не сказало. Столкнувшись с подобной беспечностью, ученые и биоэтики высказались за этические рамки для использования органоидов, которые отсеяли бы пошлые или потенциально вредные эксперименты над этими новейшими научными игрушками [34]. Хотя существует лишь отдаленная возможность того, что органоид может стать сознательным, трудно сказать, можем ли мы точно судить об этом. Вспоминая, что было сделано с бедной Мэри Рафферти в 1874 году, я уверен, что осторожность должна преобладать над любопытством или развлечением.

О том, как важно помнить, что мозг находится в теле, может свидетельствовать характер его взаимодействия с микробиотой кишечника[383]. У стерильных мышей в кишечнике нет микробов, в результате чего у них наблюдаются изменения уровня серотонина в мозге и пониженная степень тревожности. Маловероятная причинно-следственная связь между кишечными бактериями и поведением была показана, когда введение нормальной микробиоты мышам обратило вспять оба этих эффекта.

На биохимию мозга могут влиять микробы, обитающие в кишечнике [35].

На биохимию мозга влияют микробы, которые находятся у нас в кишечнике.

Многие ученые принимают интегративный подход к пониманию мозга. Например, в своей работе 2018 года «Нейробиология эмоций» (The Neuroscience of Emotion) Ральф Адольфс и Дэвид Андерсон концентрируются на одной из сложнейших, но самых мощных областей психической жизни, которая едва была затронута на страницах настоящей книги, – эмоциях. Используя исследования представителей всего животного царства, включая осьминогов и мух, а также млекопитающих, Адольфс и Андерсон исследовали, как физиологические и психические состояния взаимодействуют даже в предположительно простых организмах. Какова бы ни была обоснованность их теории, урок состоит в том, что для полного понимания эмоций их необходимо изучать в контексте целого организма, взаимодействующего с внешним миром [36]. Аналогичную позицию отстаивает нейробиолог Алан Ясанов в книге «Биологический разум»[384], где критикует то, что называет «мозговой мистикой», – взгляд, который сводит человеческую психическую жизнь к деятельности нашего мозга, часто подразумевая, что наш разум – это «духи», плавающие в сложной массе нейронов [37]. Помещая мозг в анатомический, физиологический и эволюционный контекст, мы получаем более глубокое понимание того, как взаимодействуют различные части тела, порождая поведение и, в конечном счете, разум. Это даже распространяется на функционирование нейронов – в научном пособии «Принципы нейронного проектирования» Питер Стерлинг и Саймон Лафлин подчеркивают важность понимания основных правил построения мозга, вытекающих из физиологии и биоэнергетики, даже в самом простом мозге [38].

Область сердца связана с проявлением тревоги, гордости, страха и гнева.

Значение тела для ментального опыта также говорит о том, что старые представления, будто ум находится не в голове, а в другом месте, возможно, были не так уж далеки от реальности.

Финские исследователи попросили испытуемых, которые были представителями разных культур и носителями разных языков, описать телесные ощущения, связанные с эмоциями, и физическое расположение различных чувств [39]. Возможно, неудивительно, что туловище, а точнее область сердца, казалось, было связано с проявлением многих эмоций, в частности с тревогой, гордостью, страхом и гневом, в то время как все когнитивные феномены – мышление, рассуждение, воспоминание и так далее – были сосредоточены в голове. Я предполагаю, что расположение мысли в центре мозга является следствием современных знаний, в то время как локализация определенных эмоций в отдельных частях тела может быть прямым продуктом нашей биологии.

* * *

На мой взгляд, лучше всего продвинуться в объяснении функций мозга можно будет, вкладывая ресурсы в отдельные выполнимые проекты, способные обеспечить понимание, которое впоследствии может быть встроено в более глобальный подход. Мне кажется, что подход Крика к изучению сознания применим к мозгу в целом. Как показывают некоторые разделы теоретической физики, амбициозные идеи, оторванные от эмпирической реальности, способны вызывать огромное воодушевление и занимать целые научные карьеры, но при этом не обязательно приводить к прогрессу. Развивая аналитические методы и теоретические основы для изучения того, что думает муха, мы возведем фундамент для понимания более сложного мозга. Попытки постигнуть простой мозг животных будут занимать нас по крайней мере до конца столетия. Если вы считаете, что любое исследование мозга должно включать позвоночное, чтобы быть действительно интересным, мозг крошечной личинки данио-рерио состоит всего из 100 000 нейронов и легко попадает в категорию малого мозга.

Технологии визуализации человеческого мозга, наряду с будущими, более точными, общемозговыми измерениями нейронной активности и взаимосвязей, действительно могут дать некоторое представление, но кажется более вероятным, что концептуальные достижения придут из более простых систем. Это не означает, что абсолютно все исследования мозга и его функций должны быть редукционистскими, скорее, там, где есть сходство или даже идентичность в структуре и функциях у разных видов, легче разрабатывать методологические и аналитические методы на более простых системах. Таков был подход, используемый для масштабного проекта «Геном человека», который начался с получения и анализа геномов простых организмов – бактерий, червей и мух, – прежде чем применить полученные уроки к людям. Это была гораздо более простая проблема, как в технологическом, так и в концептуальном плане, чем понимание мозга любого животного.

Мышление, рассуждение, воспоминания сосредоточены в голове.

Малый мозг также позволяет понять, что строение мозга – это функция двух видов истории. Существует индивидуальная история животного (отногенез), внутренние и внешние стимулы, которые воздействовали на него во время эмбрионального развития и детства и которые продолжают изменять его деятельность, и существует эволюционная история вида (филогенез). Эффекты развития помогают объяснить различия между отдельными особями, в то время как сравнительные межвидовые исследования дают представление о некоторых фундаментальных вопросах. Например, существует много родственных видов мух-дрозофил, демонстрирующих специфические особенности сенсорных структур и поведения, которые зависят от экологической ниши[385]. Эти различия отразятся на структуре и функциях мозга, как и предсказывал Дарвин. Сравнение таких видов дает возможность исследовать значение как индивидуальной, так и эволюционной истории в понимании функции мозга [40]. А также позволит ответить на мучительный вопрос о том, каждый ли мозг гомологичен, то есть был ли общий мозг у нас, мух и осьминогов. Если это так, то общие гены, структуры и процессы, участвующие в функционировании мозга, можно было бы обнаружить во всем животном мире. Если нет, то мы ожидали бы найти важные различия между мозгом разных животных линий, когда исследуем их более внимательно.

Сосредоточение внимания на мозге насекомых, червей, личинок данио-рерио и других организмов не означает, что мы не можем изучать сложные формы поведения. В 2007 году, когда были объявлены результаты первого геномного исследования большого числа родственных видов (одиннадцати видов дрозофил), мой друг, американская исследовательница-нейробиолог Лесли Воссхолл, опубликовала в журнале Nature статью под провокационным названием «В разуме мухи». Она предсказала, что мы стоим на пороге совершенно новой области исследований, основанной на сравнительной геномике:

«В настоящее время представляется возможным приблизиться к более сложным формам поведения и даже эмоциям, нейробиологическая основа которых недостаточно хорошо изучена на генетическом или функциональном уровне у любого животного: социальность, здравый смысл, альтруизм, эмпатия, фрустрация, мотивация, ненависть, ревность, давление сверстников и т. д. Единственными априорными ограничениями для изучения любой из этих черт является вера в то, способны ли мухи проявлять подобные эмоции, а также разработка правдоподобной поведенческой парадигмы для их измерения» [41].

Хотя в то время я скептически отнесся к столь смелой идее, прошедшие годы только подтвердили предсказание Лесли Воссхолл. И появление CRISPR теперь позволяет изменять ген практически у любого животного, выращенного в лаборатории, что предоставляет новые мощные инструменты для изучения мозга тех, кого причудливо именуют «немодельными организмами» (другими словами, ни мышь, ни дрозофила, ни C. elegans). Биолог-эволюционист Нипам Патель недавно отметил: «Эволюция решила все проблемы, которые нас интересуют, мы просто должны отыскать эти организмы и выяснить способ спросить их, как они это сделали» [42].

В настоящее время известно, что малый мозг порождает поведение, очень похожее на наше собственное: от восприятия и обучения до возбуждения, нерешительности, предсказания, предвидения, агрессии, личности и реакции на боль [43].

Такие простейшие структуры могли бы даже пролить свет на ключевой аспект нашего бытия, который представлен двумя чувствами – проприоцепцией и интероцепцией. Проприоцепция (кинестезия) – это ощущение относительного положения конечностей и частей тела (то, что позволяет вам касаться пальцем носа, когда глаза закрыты), а интероцепция – это ощущение пребывания в теле.

Известно, что малый мозг порождает поведение, очень похожее на наше собственное.

Самоанализ предполагает, что наше самоощущение, по крайней мере частично, связано с этими чувствами. Мухи дрозофилы знают, насколько они велики, и избегают попыток пересечь расстояние, которое слишком огромно для их крошечных ножек. Это приобретенное знание: вскоре после вылупления молодые мухи, как правило, «перегибают палку», очевидно, полагая, что они все того же размера, как в стадии личинок с вытянутым телом. Визуальная обратная связь приводит к быстрому улучшению способности оценивать собственные физические возможности. Мухи кодируют память о размерах своего тела посредством активности определенного набора нейронов в центре мозга [44]. Если мы сможем спроектировать правильные эксперименты, то процессы, лежащие в основе данного явления, смогут объяснить более сложные примеры того, как мозг представляет тело и его отношение к внешнему миру.

Предположение Крейка о том, что человеческий мозг – это «вычислительная машина, способная моделировать или проводить параллели с внешними событиями», в равной степени применимо и к маленькому мозгу. Такие процессы позволяют животным интерпретировать события внешней среды и, независимо от того, насколько груб этот анализ, предсказывать результаты. Если мы сможем понять природу того, что Дарвин называл «самыми удивительными атомами материи», то есть предсказать, как они ведут себя глобально и с точки зрения их компонентов и взаимодействий в условиях множества обстоятельств, – то сделаем огромный шаг к пониманию нашего собственного мозга.

Рисунок Эндрю Смита показывает удвоение гнездовых камер при постройке обычного гнезда грязевой осой

Некоторые ученые утверждают, что такой подход может раскрыть древние истоки сознания, но на данный момент даже управление движением у червя-нематоды оказывается более сложным, чем ожидалось [45]. Неясно, сможем ли мы постигнуть нейробиологическую основу проблесков сознания у животных раньше, чем изучим работу человеческого сознания [46].

Наряду с исследованием более сложных, условных форм поведения, одним из плодотворных методов может быть изучение поведения, которое, по-видимому, полностью определяется внешними факторами, воздействующими на внутренние сенсорные шаблоны, и проявляет незначительные различия или вообще их отсутствие между индивидуумами. Можно попытаться понять лежащие в основе нейронные сети, управляющие таким поведением. Например, в 1978 году в одной из моих любимых научных работ Эндрю Смит описал, как австралийская одиночная грязевая оса строит вход в гнездо – своего рода изогнутую зонтиковидную воронку, которая выступает над землей [47]. Оса создает структуру поэтапно, и Смит отламывает кусочки от гнезда или поднимает землю вокруг него, чтобы выявить ключевые сенсорные стимулы, которые заставляют осу вести себя по-разному. Например, увидев дыру, она начала строить вертикальный тоннель.

С появлением технологии CRISPR можно генетически манипулировать организмом животных и понять их мозг.

Пока оса собирала грязь, Смит пробил отверстие в верхней части почти законченной конструкции, и несчастное насекомое просто начало строить новую вертикальную воронку, производя двойную структуру. У осы в мозге не было общего представления о конечном результате – насекомое просто выполняло следующий шаг, получив определенный стимул. Поведенческие пути, порождающие это инвариантное поведение, могут быть описаны в терминах простой блок-схемы. Где-то в мозгу осы есть нейрональные эквиваленты этих шагов. Должно быть, возможно определить, что они собой представляют и как взаимодействуют, порождая данное поведение.

Хотя грязевые осы не являются идеальными лабораторными животными, в принципе благодаря появлению CRISPR можно генетически манипулировать их организмами и понять, как работает их мозг. Уже существуют подробные анатомические описания мозга хорошо изученной осы-паразита Nasonia vitripennis, дающие основу для сравнительных исследований таких животных, как грязевая оса [48]. Если грязевую осу слишком трудно вырастить, то исследование того, как нечто вроде навигации представлено в более «приветливом» мозге насекомых, может оказаться альтернативой. Этот подход в настоящее время исследуется Барбарой Уэбб из Эдинбургского университета и Марком Гершоу из Нью-Йоркского университета. Но, как недавно показали Адам Калхоун и его коллеги, даже то, что кажется абсолютно жестко определенным, например поведение ухаживания дрозофилы, на самом деле непрерывно модулируется сигналами обратной связи, которые изменяются, когда животное переключается между различными состояниями [49].

Подразумевается, что, раскрывая нейронную основу того, что по факту является строго контролируемым поведением, можно получить представление о том, как возникают более гибкие и сложные поведенческие модели.

Что касается сложности мозга млекопитающих, то исследования мышей, включая все более замысловатые коннектомы с возможностью манипулировать отдельными нейронами, приведут к созданию концепции, которая сможет объяснить даже функционирование человеческого мозга. По мере углубления нашего понимания идея локализации функций будет становиться все более размытой и неточной, и мозг станет восприниматься в терминах нейронных цепей и их взаимодействия, а не на основе анатомических областей, рассматриваемых как обособленные модули. Применение моделей, разработанных на маленьком мозге, моделей, которые показывают мозг как активный, реагирующий на поступающую сенсорную информацию, исследующий и выбирающий будущие возможности, а не просто обрабатывающий и передающий сигналы орган, обеспечит динамическое представление о функциях мозга.

Благодаря разработке моделей мозга мы сможем в будущем узнать о функциях нашего мозга.

Существует растущий интерес к использованию данных всего мозга для изучения того, как нейроны реагируют на популяционном уровне, и корреляции этих сложных реакций с богатым поведенческим репертуаром, демонстрируемым даже простейшими животными. Например, личинка данио-рерио чередует два поведенческих состояния, либо ограничивая свое движение и охотясь в строго определенном месте, либо перемещаясь в поисках пищи и подавляя охотничий инстинкт. Исследователи обнаружили небольшое количество клеток в мозге, «кодирующих» охоту; их активность, видимо, отражает мотивационное состояние данио-рериро. Манипулирование такими сетями позволит понять связь между сетевой активностью, поведением и мотивацией. Возможно, мы даже вернемся к идеям Мак-Каллока и Питтса относительно имманентной логики организации нервной системы. Когда эта книга готовилась к печати, появилась статья, описывающая отдельные нейроны в человеческом мозге, которые вычисляют функцию исключающего «ИЛИ»[386], то есть реагируют, если клетка получает два различающихся сигнала. Ранее считалось, что данная функция является свойством нейронных сетей, причем отдельные нейроны способны вычислять только «И» или обычное «ИЛИ». Следующая задача будет состоять в том, чтобы исследовать, как эта удивительно богатая активность отдельных клеток влияет на функцию сети в целом [50]. Небольшие изменения активности отдельных нейронов в первичной зрительной коре мыши могут оказывать волнообразное влияние на активность близлежащих клеток [51].

Не все согласны с изучением мозговой деятельности на уровне отдельных клеток. Многие исследователи, работающие с мозгом млекопитающих, разделяют точку зрения Дэвида Робинсона из Университета Джонса Хопкинса, который в 1992 году утверждал, что «попытки объяснить, как любая реальная нейронная сеть работает на клеточной редукционистской основе, тщетны, и нам, возможно, придется довольствоваться попытками понять мозг на более высоких уровнях организации» [52]. Но, несмотря на неспособность понять желудок омара, а также несомненную мощь растущего числа популяционных исследований мозга всех видов, на популяционную активность все же влияют отдельные компоненты. Из-за этой сложности или вопреки ей тайна сознания в конечном счете будет раскрыта способами, о которых я не могу даже догадываться.

Но именно это, на мой взгляд, должно произойти. Есть много альтернативных сценариев, как может развиваться в будущем наше понимание мозга.

Возможно, различные вычислительные проекты окажутся успешными, и теоретики раскроют принципы функционирования мозга всех существ, или коннектомы откроют принципы работы мозга, в настоящее время скрытые от нас. Или теория каким-то образом выйдет из замкнутого круга огромного количества данных визуализации, которые мы генерируем. Или же мы медленно создадим концепцию (или концепции) из ряда отдельных, но удовлетворительных объяснений. Или, сосредоточившись на простых принципах нейронной сети, поймем организацию более высокого уровня. Или на происходящее прольет свет какой-нибудь радикально новый подход, объединяющий физиологию, биохимию и анатомию. Или новые сравнительные эволюционные исследования покажут, что другие животные обладают сознанием, и дадут представление о функционировании нашего мозга. Или модели, разработанные для объяснения простейшего мозга, окажутся масштабируемыми и объяснят и наш тоже. Или сеть пассивного режима работы мозга, обнаруженная у людей, окажется применимой к другим животным и даст ключ к общей функции. Или невообразимая новая технология изменит все наши взгляды, предоставив радикально новую метафору для понимания мозга. Или компьютерные системы приобретут сознание и подарят нам тревожное озарение. Или возникнет новая структура из кибернетики, теории управления, теории сложности и динамических систем, семантики и семиотики. Или мы согласимся, что никакой единой концепции не может существовать, потому что у мозга нет общей логики и есть только адекватные объяснения каждой крошечной части, и нам придется удовлетвориться этим. Или…

Благодарности

Настоящая книга была впервые задумана мной в начале 2015 года совместно с моим издателем (в то время из Profile Books в Лондоне) Джоном Дейви, который, к сожалению, умер в 2017 году. Я думаю, что книга была идеей Джона: она, конечно, не появилась бы на свет без его энтузиазма и дружеской поддержки. Эд Лейк занял пост редактора после смерти Джона и делал именно то, чего только можно желать от редактора: поддерживал и откровенничал, когда это было нужно. Первый черновик, сданный мной, был напыщенным и бессвязным. При помощи Эда я убрал из него 25 000 слов, не причинив никакого вреда ни идеям, ни структуре, и окончательный вариант стал гораздо лучше, даже несмотря на то, что с тех пор я неоднократно добавлял в текст новые факты. В Нью-Йорке Ти Джей Келлехер из Basic Books придумал книге название и призвал меня более четко изложить свою позицию во введении. Пенни Дэниел из Profile Books умело провела рукопись через различные стадии от завершения до публикации.

Хотя книга посвящена Кевину Коннолли, все коллеги на факультете психологии Шеффилдского университета в середине 1970-х годов заслуживают моей благодарности. Вместе с Барри Бернетом с кафедры генетики, курировавшим с Кевином мою кандидатскую диссертацию, они играли эту выдающуюся, уникальную человеческую роль – были моими учителями. При написании книги я не раз обнаруживал, что многие из вещей, которым коллеги научили меня тогда, являются идеями и подходами, о которых я размышлял в течение последних сорока лет и которые отразились на этих страницах. Так что спасибо Грэму Дэйви, Полу Дину, Джону Фрисби, Маргарет Мартлью, Джону Мэйхью, Роду Николсону, Джеффу Пилкингтону, Питеру Редгрейву, Терри Рику, Дэвиду Шапиро, Эдриану Симпсону, Крису Смиту, Максу Уэстби и многим другим. Вы создали меня и эту книгу.

Особого упоминания заслуживают мои друзья и коллеги, читавшие черновики или наброски: Энн-Софи Барвич, Хелен Биби, Тони Кристи, Джерри Койн, Габриэль Финкельштейн, Кэти Маккрохан, Кевин Митчелл, Майк Нитабах, Дэмиан Вил и Лесли Восшолл. Все они делали чрезвычайно полезные замечания, как и мой агент Питер Таллак, на самых ранних стадиях создания рукописи. Особая благодарность моему дяде, доктору Гордону Лэнгли. Многие другие люди вносили предложения или отвечали на вопросы по электронной почте, в «Твиттере» или лично, подталкивали меня в правильном направлении, в том числе Филип Болл, Шери Кэрни, Адам Калхун, Альберт Кардона, Дэн Дэвис, Каспар Хендерсон, Эндрю Ходжес, Том Холланд (не Человек-паук, другой), Бриджит Нерлих, Адам Резерфорд, Сара Солла, Софи Скотт, Пол Саммерград, Джош Вайсберг и тот, кто скрывается за блогом Neuroskeptic и аккаунтом @neuro_skeptic в «Твиттере». Студенты первого курса бакалавриата Карстена Тиммермана в Манчестере – «История биологии в 20 предметах», опять же, были рупором для моих идей. Эти люди помогали по-разному, но, конечно, все встречающиеся в книге ошибки и упущения полностью моя вина.

За пятьдесят с лишним месяцев работы над книгой произошло множество событий, как глобального, так и личного масштаба, в той или иной степени повлиявших на меня. Усугубившийся климатический кризис, президентство Трампа, хаос Брексита, бомбардировка «Манчестер-Арены», неоднократные удары по моему университету в защиту рабочих мест и пенсий, болезни и смерть в семье, а также работа над двумя другими книгами – все переплеталось с моими чувствами, когда я старался написать данную книгу. Близкие помогли мне пройти через все это, так что, Тина, Лорен и Ева, и в особенности Тина, – простите и спасибо.

Заметки и библиография

Чтобы сэкономить место, названия журнальных статей и глав книг были опущены; тем не менее отыскать весь цитируемый здесь материал, используя предоставленную информацию, должно быть весьма просто. Веб-сайт theideaofthebrain.com содержит полную библиографию (заархивированную за все время на Wayback Machine https://tinyurl.com/Cobb-bibliography), а также различные видеозаписи и другие формы дополнительной информации. Большинство статей, перечисленных здесь, есть в интернете, хотя некоторые из них находятся в платном доступе. Для людей, не имеющих подписки, существуют различные способы получения этих статей, включая обращение к автору работы по электронной почте и запрос копии или использование Sci-Hub. Большинство книг, изданных до 1945 года, можно читать бесплатно либо в Google Books, либо на сайте archive.org, а остальное можно заказать в любой библиотеке. По возможности страницы веб-сайтов, на которые я ссылаюсь, были сохранены в Wayback Machine по адресу archive.org, чтобы гарантировать, что соответствующая страница будет доступна в будущем. Две работы, не упомянутые ниже, являются отличным сопровождением моей книги. «Историю мозга» Эндрю Уиккенса (A history of the brain, Psychology Press, 2014) настоятельно рекомендую за более анатомический подход, а работа Джона Тёрни «Взламывая мозг» представляет собой весьма доступный обзор современного состояния нейробиологии.

1. Сердце с древнейших времен до XVII века

1. Lind, R. (2007), The Seat of Consciousness in Ancient Literature (London: McFarland), pp. 57–58.

2. Wallis Budge, E. (1972), From Fetish to God in Ancient Egypt (New York: Blom), p. 15.

3. Alter, R. (2007), The Book of Psalms: A Translation with Commentary (New York: Norton), p. 19, note 10, and p. 255, note 21.

4. Hultkrantz, A. (1953), Conceptions of the Soul Among North American Indians: A Study in Religious Ethnology (Stockholm: Ethnographical Museum of Sweden), p. 178; Spier, L. (1928), Anthropological Papers of the American Museum of Natural History 29. Жители Южной части Папуа – Новой Гвинеи церемониально поедали тела своих умерших, включая мозг, непреднамеренно передавая смертельную нейродегенеративную прионную болезнь куру. Однако мозг не играл в этом особо значимой роли (Whitfield, J., et al. (2015), Le Journal de la Société des Océanistes 141:303–21).

5. Jung, C. (1983), Memories, Dreams, Reflections (London: Flamingo), p. 276.

6. Шери Кэрни из Университета Флиндерса помогла мне осознать сложность того, что кажется простым вопросом. Поразительно, но во всей публикации Horton, D. (ed.) (1994), The Encyclopedia of Aboriginal Australia: Aboriginal and Torres Strait Islander History, Society and Culture (Canberra: Aboriginal Studies Press), есть только два упоминания о мозге, три о разуме и одиннадцать о сердце, ни одно из которых не имеет отношения к этому вопросу.

7. Shogimen, T. (2009), in C. Nederman and T. Shogimen (eds.), Western Political Thought in Dialogue with Asia (Plymouth: Lexington), pp. 279–300.

8. Sanchez, G. and Meltzer, E. (2012), The Edwin Smith Papyrus: Updated Translation of the Traum Treatise and Modern Medical Commentaries (Atlanta: Lockwood Press); Finger, S. (2000), Minds Behind the Brain: A History of the Pioneers and Their Discoveries (Oxford: Oxford University ress).

9. В 1979 году американский психолог Джулиан Джейнс опубликовал книгу «Происхождение сознания в распаде двухкамерного разума», в которой использовал данные, что гомеровская «Илиада» предполагает, будто сознание появилось в результате усложнения общества около 4000 лет назад. До этого, утверждал он, люди воспринимали сознание в терминах голосов богов. Ни «Илиада», ни древнегреческое общество не представляют всей совокупности человеческого опыта на всей планете и на протяжении веков, и они не поддерживают его аргументацию (Greenwood, 2015). Общества охотников-собирателей, которые составляют практически всю нашу историю, были – и остаются – такими же сознательными, как вы и я. Jaynes, J. (1979), The Origin of Consciousness in the Breakdown of the Bicameral Mind (Harmondsworth: Penguin); Greenwood, V. (2015), Nautilus https://tinyurl.com/ Jaynes – Bicameral.

10. L loyd, G. (1991), in G. Lloyd (ed.), Methods and Problems in Greek Science: Selected Papers (Cambridge: Cambridge University Press), pp. 164–98; Doty, R. (2007), Neuroscience 147:561–8.

11. Temkin, O. (1971), The Falling Sickness: A History of Epilepsy from the Greeks to the Beginnings of Modern Neurology (Baltimore: Johns Hopkins University Press), pp. 5–10.

12. Gross, C. (2009), A Hole in the Head: More Tales in the History of Neuroscience (London: MIT Press), p. 26.

13. Temkin (1971).

14. Lisowski, F. (1967), in D. Brothwell and A. Sanderson (eds.), Diseases in Antiquity: A Survey of the Diseases, Injuries and Surgery of Early Populations (Springfield: Thomas), pp. 651–72; Gross, C. (2002a), in R. Arnott, et al. (eds.), Trepanation: History, Discovery, Theory (Lisse: Swets and Zeitlinger), pp. 307–22.

15. Gross, C. (1995), The Neuroscientist 1:245–50.

16. Von Staden, E. (1989), Herophilus: The Art of Medicine in Early Alexandria (Cambridge: Cambridge University Press), p. 26; Lang, P. (2013), Medicine and Society in Ptolemaic Egypt (Leiden: Brill), p. 258.

17. French, R. (2003), Medicine Before Science: The Business of Medicine from the Middle Ages to the Enlightenment (Cambridge: Cambridge University Press), pp. 30–31.

18. Boudon-Millot, V. (2012), Galien de Pergame (Paris: Les Belles Lettres).

19. Gill, C., et al. (2009), in C. Gill, et al. (eds.), Galen and the World of Knowledge (Cambridge: Cambridge University Press), pp. 1–18, p. 6.

20. Gleason, M. (2009), in C. Gill, et al. (eds.), Galen and the World of Knowledge (Cambridge: Cambridge University Press), pp. 85–114, p. 112; Rocca, J. (2003), Galen on the Brain: Anatomical Knowledge and Physiological Speculation in the Second Century A.D. (Leiden: Brill).

21. Цитаты приводятся по: Gleason (2009), pp. 99–102.

22. Gleason (2009), p. 100.

23. Al-Khalili, J. (2010), Pathfinders: The Golden Age of Arab Science (London: Allen Lane).

24. Frampton, M. (2008), Embodiments of Will: Anatomical and Physiological Theories of Voluntary Animal Motion from Greek Antiquity to the Latin Middle Ages, 400 BC – AD 1300 (Saarbruck: Verlag Dr. Muller), p. 370.

25. Micheau, F. (1994), in C. Burnett and D. Jacquart (eds.), Constantine the African and ‘Alī ibn al-‘Abbas Magˇusī: The Pantegni and Related Texts (London: Brill), p. 15. См. Kwakkel, E. and Newton, S. (2019) Medicine at Monte Cassino: Constantine the African and the Oldest Manuscript of his Pantegni (Turnhout: Brepols).

26. Эта и последующие цитаты из: Frampton (2008), pp. 335, 339.

27. Green, C. (2003), Journal of the History of the Behavioral Sciences 39:131–42.

28. Van der Eijk, P. (2008), The Lancet 372:440–41; Green (2003). Другим предполагаемым источником теории локализации желудочков был писатель по имени Посидоний, о котором мало что известно.

29. Manzoni, T. (1998), Archives Italiennes de Biologie 136:103–52.

30. Frampton (2008), p. 372.

31. Там же, p. 381.

32. French (2003), p. 113.

33. Savage-Smith, E. (1995), Journal of the History of Medicine and Allied Sciences 50:67 110.

34. Frampton (2008), pp. 383–6.

35. Berengario da Carpi, J. (1521), Commentaria cum amplissimis additionibus super Anatomia Mundini una cum textu ejusdem in pristinum & verum nitorem redacto (Bologna: de Benedictis).

36. Dryander, J. (1536), Anatomia capitis humani (Marpurg: Cervicorni).

37. Catani, M. and Sandrone, S. (2015), Brain Renaissance from Vesalius to Modern Neuroscience (Oxford: Oxford University Press).

38. Fleck, L. (1979), Genesis and Development of a Scientific Fact (London: University of Chicago Press), p. 141.

39. Беренгарио да Карпи пришел к такому же выводу более двадцати лет назад. Pranghofer, S. (2009), Medical History 53:561–86.

40. Catani and Sandrone (2015), pp. 153–4.

41. Эта цитата и цитата в следующем абзаце из: Catani and Sandrone (2015), pp. 49, 98, 48.

42. Эта и следующая цитата из: Du Laurens, A. (1599), A Discourse of the Preservation of the Sight: of Melancholike Diseases; of Rheumes, and of Old Age (London: Kingston, Iacson), pp. 3, 77.

43. Подробное обсуждение того, как английские авторы XVII века исследовали вопрос о функции мозга: Habinek, L. (2018), The Subtle Knot: Early Modern English Literature and the Birth of Neuroscience (London: McGill – Queen’s University Press). Similar books could be written focusing on writers in other languages.

2. Силы. XVII–XVIII века

1. Steno, N. (1669), Discours de Monsieur Stenon, sur l’Anatomie du Cerveau (Paris: de Ninville).

2. Martensen, R. (2004), The Brain Takes Shape (Oxford: Oxford University Press), pp. 52–55.

3. The Passions of the Soul, paragraph 33, in Descartes, R. (1985), The Philosophical Writings of Descartes (Cambridge, Cambridge University Press), p. 341.

4. Ведутся философские споры о том, что именно имел в виду Декарт, говоря об идее бета-машины. См., например: Newman, L. (2001), Canadian Journal of Philosophy 31:389–426.

5. The Passions of the Soul, paragraphs 32 and 34, in Descartes (1985), pp. 340–41.

6. Descartes (1985), pp. 100–101.

7. Обсуждение этого вопроса: Huxley, T. (1898), Collected Essays, vol. 1: Method and Results (London: Macmillan), pp. 211–12.

8. Steno, N. (1965), Nicolaus Steno’s Lecture on the Anatomy of the Brain (Copenhagen: Nyt Nordisk Forlag Arnold Busck), p. 124.

9. Все материалы из: Swammerdam, J. (1758), The Book of Nature (London: Seyffert), vol. 2, могут быть найдены на р. 122–32; Malpighi, M. (1666), Philosophical Transactions of the Royal Society 2:491–2; Cobb, M. (2002), Nature Reviews Neuroscience 3:395–400.

10. Dick, O. (ed.) (2016), Aubrey’s Brief Lives (London: Vintage), p. cxx.

11. Frank, R. (1990), in G. Rousseau (ed.), The Language of Psyche: Mind and Body in Enlightenment Thought (Berkeley: University of California Press), pp. 107–47, p. 123; Zimmer, C. (2004), Soul Made Flesh: Thomas Willis, the English Civil War and the Mapping of the Mind (London: Heinemann).

12. Cole, F. (1944), A History of Comparative Anatomy: From Aristotle to the Eighteenth Century (London: Macmillan), p. 222.

13. Frank (1990), p. 126.

14. Материалы из Willis, T. (1684), Dr Willis’s Practice of Physick, Being the Whole Works of That Renowned and Famous Physician (London: Dring, Harper and Lee), могут быть найдены на pp. 71, 75, 92–3, 96.

15. Cobb, M. (2006), The Egg and Sperm Race: The Seventeenth Century Scientists Who Unravelled the Secrets of Sex, Life and Growth (London: Free Press).

16. Kardel, T. and Maquet, P. (eds.) (2013), Nicolaus Steno: Biography and Original Papers of a 17th Century Scientist (London: Springer), p. 508.

17. Эта и следующая цитата из: Steno (1965), pp. 127, 136.

18. Kardel and Maquet (2013), p. 516.

19. Collingwood, R. (1945), The Idea of Nature (Oxford: Clarendon).

20. Hobbes, T. (1651), Leviathan, or, The Matter, Forme, and Power of a Common Wealth, Ecclesiasticall and Civil (London: Crooke), p. 1.

21. Whitaker, K. (2004), Mad Madge: Margaret Cavendish, Duchess of Newcastle, Royalist, Writer and Romantic (London: Vintage).

22. Cavendish, M. (1664), Philosophical Letters (London: n.p.), p. 185. См. Cunning, D. (2006), History of Philosophy Quarterly 23:117–36.

23. https://tinyurl.com/Descartes – Elizabeth.

24. Spinoza, Ethics, part III, proposition 2.

25. Cunning (2006), p. 118. Цитату можно найти в книге Лейбница «Монадология». Современная критику аргументации Лейбница: Churchland, P. (1995), The Engine of Reason, the Seat of the Soul: A Philosophical Journey into the Brain (London: MIT Press).

26. Yolton, J. (1983), Thinking Matter: Materialism in Eighteenth-Century Britain (Oxford: Blackwell); Hamou, P. (2007), in P. Anstey (ed.), John Locke: Critical Assessments of Leading Philosophers, series II, vol. 3 (London: Routledge).

27. Locke, J. (1689), An Essay Concerning Human Understanding, 4.3.6.

28. Browne, P. (1728), The Procedure, Extent, and Limits of Human Understanding (London: Innys).

29. Bentley, R. (1692), Matter and Motion Cannot Think, or, A Confutation of Atheism from the Faculties of Soul (London: Parkhurst, Mortlock), pp. 14–15.

30. Giglioni, G. (2008), Science in Context 21:1–29.

31. Bentley (1692), p. 29.

32. Thomson, A. (2010), Early Science and Medicine 15:3–37, p. 20.

33. Uzgalis, W. (2008), in J. Perry (ed.), Personal Identity (London: University of California Press), pp. 283–314, p. 296.

34. Uzgalis (2008), p. 284.

35. Thomson (2010).

36. Uzgalis (2008).

37. Ditton, H. (1712), A Discourse Concerning the Resurrection of Jesus Christ (London: Bell and Lintott), p. 474; Ditton, H. (1714), The New Law of Fluids (London: Cowse), p. 9.

38. Ditton (1714), appendix, p. 24.

39. Vartanian, A. (1960), La Mettrie’s L’Homme Machine: A Study in the Origins of an Idea (Princeton: Princeton University Press), p. 74; Niderst, A. (1969), L’Ame materiel (ouvrage anonyme). Edition critique, avec une introduction et des notes (Paris: Nizet).

40. Fearing, F. (1970), Reflex Action: A Study in the History of Physiological Psychology (Cambridge, MA: MIT Press).

41. Yolton (1983), p. 177.

42. Эта и последующие цитаты из: Boerhaave, H. (1743), Dr. Boerhaave’s Academical Lectures on the Theory of Physic, vol. 2 (London: Innys), pp. 290 and 312–13.

43. Koehler, P. (2007), in H. Whitaker, et al. (eds.), Brain, Mind and Medicine: Neuroscience in the 18th Century (New York: Springer), pp. 213–31, p. 219; Steinke, H. (2005), Irritating Experiments: Haller’s Concept and the European Controversy on Irritability and Sensitivity, 1750–90 (Amsterdam: Rodopi), pp. 21–2.

44. Эта и последующие цитаты из: Temkin, O. (1936), Bulletin of the History of Medicine 4:651–99, pp. 675, 657, 661; Steinke (2005).

45. Koehler (2007), p. 223.

46. Munro, A. (1781), The Works of Alexander Monro, M.D. (Edinburgh: Elliot, Robinson), p. 324.

47. Smith, C. (2007), in H. Whitaker, et al. (eds.), Brain, Mind and Medicine: Neuroscience in the 18th Century (New York: Springer), pp. 15–28 and p. 27, note 4.

48. Anonymous (1747), An Enquiry into the Origin of the Human Appetites and Affections, Shewing How Each Arises from Association (Lincoln: Dodsley), p. 41.

49. Glassman, R. and Buckingham, H. (2007), in H. Whitaker, et al. (eds.), Brain, Mind and Medicine: Essays in Eighteenth-Century Neuroscience (Boston, MA: Springer), pp. 177–90.

50. Hartley, D. (1749), Observations on Man, His Frame, His Duty, and His Expectations (London: Hitch and Austen), part I, p. iv.

51. Whytt, R. (1751), An Essay on the Vital and Other Involuntary Motions of Animals (Edinburgh: Hamilton, Balfour and Neill), p. 239; French, R. (1969), Robert Whytt, the Soul, and Medicine (London: Wellcome), p. 69.

52. Temkin (1936), p. 683.

53. French (1969).

54. Цитаты из: Whytt (1751), pp. 2, 252.

55. Fearing (1970), p. 69.

56. French (1969), pp. 75, 91.

57. Fearing (1970), pp. 82–3.

58. Wellman, K. (1992), La Mettrie: Medicine, Philosophy and Enlightenment (London: Duke University Press); Thomson, A. (ed.) (1996), La Mettrie: Machine Man and Other Writings (Cambridge: Cambridge University Press).

59. Thomson (1996), p. 26.

60. L a Mettrie, J. de (1748), L’Homme machine (Leiden: Luzac). Последний перевод: Vartanian (1960); La Mettrie, J. de (1994), Man a Machine; and, Man a Plant (Indianapolis: Hackett); Thomson (1996). Полный список работ Ламетри: Stoddard, R. (1992), The Papers of the Bibliographic Society of America 86:411–59.

61. Цитаты из: Thomson (1996), pp. 13, 9, 25, 35, 6.

62. Makari, G. (2015), Soul Machine: The Invention of the Modern Mind (London: Norton).

63. Эта и следующая цитата из: Thomson (1996), pp. 28, 31, 33.

64. Vartanian (1960), p. 139.

65. Riskin, J. (2016), The Restless Clock: A History of the Centuries-Long Argument Over What Makes Living Things Tick (Chicago: University of Chicago Press), pp. 162–3.

66. De Saussure, R. (1949), Journal of the History of Medicine and Allied Sciences 4:431–49, p. 432.

67. Thomson (1996), p. x; Vartanian (1960), p. 116.

68. Riskin (2016), p. 156.

69. Morange, M. (2016), Une Histoire de la biologie (Paris: Seuil), p. 101.

70. Braudy, L. (1970), Eighteenth-Century Studies 4:21–40.

71. Riskin (2016), pp. 116–22.

72. Colliber, S. (1734), Free Thoughts Concerning Souls (London: Robinson), p. 8.

73. Priestley, J. (1777), Disquisitions Relating to Matter and Spirit (London: Johnson), p. 27.

74. Priestley, J. (1778), A Free Discussion of the Doctrines of Materialism, and Philosophical Necessity (London: Johnson, Cadell), p. 61.

75. Priestley (1777), p. 27.

76. Brown, T. (1974), Journal of the History of Biology 7:179–216.

77. Fearing (1970), p. 94.

3. Электричество. XVIII–XIX века

1. Shelley, M. (2003), Frankenstein (London: Penguin), pp. 6–7.

2. Holmes, R. (2008), The Age of Wonder: How the Romantic Generation Discovered the Beauty and Terror of Science (London: Harper).

3. Fara, P. (2002), An Entertainment for Angels (London: Icon).

4. Эвальд Георг фон Клейст изобрел подобное устройство годом ранее в Померании – Torlais, J. (1963), Revue d’histoire des sciences et de leurs applications 16:211–19.

5. Priestley, J. (1769), The History and Present State of Electricity, with Original Experiments (London: Dodsley, Johnson, Payne, Cadell), p. 98.

6. Bertucci, P. (2007), in H. Whitaker, et al. (eds.), Brain, Mind and Medicine: Neuroscience in the 18th Century (New York: Springer), pp. 271–83.

7. Beccaria, G. (1776), A Treatise Upon Artificial Electricity (London: Nourse), p. 270.

8. Haller, A. von (1762), Memoires sur les parties sensibles et irritables du corps animal, tome troisieme (Lausanne: Grasset); Kaplan, P. (2002),Journal of the Royal Society of Medicine 95:577–8, p. 577.

9. Priestley (1769), p. 622.

10. Hartley (1749), part 1, p. 88.

11. Bonnet, C. (1755), Essai de psychologie; ou considerations sur les operations de l’ame, sur l’habitude et sur l’education (London: n.p.), p. 268.

12. Bonnet, C. (1760), Essai analytique sur les facultes de l’ame (Copenhagen: Philibert), pp. 21–2.

13. Home, R. (1970), Journal of the History of Biology 3:235–51.

14. K oehler, P., et al. (2009), Journal of the History of Biology 42:715–63.

15. Material from: Piccolino, M. (2007), in H. Whitaker, et al. (eds.), Brain, Mind and Medicine: Neuroscience in the 18th Century (New York: Springer), pp. 125–43; Finger, S. (2013), Progress in Brain Research 205:3–17.

16. Home (1970), p. 250.

17. Bertholon, P. (1780), De l’electricite du corps humain dans l’etat de sante et de maladie (Paris: Didot), pp. 70, 94. 18.

18. Galvani, L. (1953), Commentary on the Effect of Electricity on Muscular Motion (Cambridge, MA: Elizabeth Licht); Bresadola, M. (2003), in F. Holmes, et al. (eds.), Reworking the Bench: Research Notebooks in the History of Science (Dordrecht: Kluwer), pp. 67–92.

19. Galvani (1953), p. 46.

20. Там же, p. 97.

21. Там же, pp. 60, 66, 67.

22. Там же, p. 72.

23. Материалы этого абзаца взяты из: Valli, E. (1793), Experiments on Animal Electricity, with Their Application to Physiology (London: Johnson), pp. 5, 241–2

24. Fowler, R. (1793), Experiments and Observations Relative to the Influence Lately Discovered by M. Galvani, and Commonly Called Animal Electricity (Edinburgh: Duncan, Hill, Robertson & Berry, add Mudie).

25. Volta, A. (1816), Collezione dell’opere del cavaliere Conte Alessandro Volta, vol. 2, part I (Florence: Piatti), p. 111.

26. Finger, S., et al. (2013), Journal of the History of the Neurosciences 22:237–352.

27. Mauro, A. (1969), Journal of the History of Medicine 24:140–50.

28. Hoff, H. (1936), Annals of Science 1:157–72. This was first demonstrated by Matteucci, C. (1842), Annales de chimie et de physique, Serie 3 6:301–39.

29. Darwin, E. (1801), Zoonomia; Or, the Laws of Organic Life, vol. 1 (London: Johnson), p. 83.

30. Pancaldi, G. (1990), Historical Studies in the Physical and Biological Sciences 21:123–60.

31. Volta, A. (1800), Philosophical Transactions of the Royal Society of London 90:403–31.

32. Holmes (2008), pp. 274, 325. Нет никаких доказательств того, что Годвин действительно присутствовала на лекции; однако текстуальное сходство между лекциями Дэви и «Франкенштейном» поразительно – если Годвин не присутствовала на лекции, она явно читала печатную версию.

33. Я избавил вас от подробностей, некоторые из них можно найти в: Aldini, J. (1803), An Account of the Late Improvements in Galvanism (London: Murray), pp. 68–80.

34. Aldini (1803); Aldini, J. (1804), Essai theorique et experimental sur le galvinisme (Bologna: Piranesi).

35. Aldini (1803), p. 193.

36. The Times, 22 January 1803, p. 3.

37. Aldini (1804), p. 216.

38. Эта и следующая цитата из: Aldini (1803), pp. 57, 63–4.

39. Цитаты из: Aldini (1804), pp. 116–20; Bolwig, T. and Fink, M. (2009), Journal of Electro-Convulsive Therapy 25:15–18. Альдини также использовал эту процедуру на Чарльзе Беллини, работнике, с аналогичными результатами.

40. Finger, S. and Law, M. (1998), Journal of the History of Medicine 53:161– 80, p. 167.

41. Neuburger, M. (1981), The Historical Development of Experimental Brain and Spinal Cord Physiology Before Flourens (London: Johns Hopkins University Press), p. 199. Еще более подробное описание, если вам удастся его понять (помните, хотя результаты, безусловно, неверны, процедура, скорее всего, описана точно): Finger and Law (1998).

42. Finger and Law (1998), p. 169.

43. Neuburger (1981), pp. 199, 220.

44. Finger and Law (1998), p. 165.

45. Roget, P. (1824a), Supplement to the Fourth, Fifth, and Sixth Editions of the Encyclopaedia Britannica, vol. 6 (Edinburgh: Constable), p. 187 – entry on Physiology.

46. Rogers, J. (1998), in E. Yeo (ed.), Radical Femininity: Women’s Representation in the Public Sphere (Manchester: Manchester University Press), pp. 52–78.

47. Sharples, E. (1832), The Isis 6:81–5, p. 85.

48. Anonymous (1844), Vestiges of the Natural History of Creation (London: Churchill); Secord, J. (2000), Victorian Sensation: The Extraordinary Publication, Reception, and Secret Authorship of Vestiges of the Natural History of Creation (Chicago: University of Chicago Press).

49. Anonymous (1844), p. 334.

50. Там же, p. 335.

51. Longet, F.-A. (1842), Anatomie et physiologie du systeme nerveux de l’homme et des animaux vertebres, vol. 1 (Paris: Fortin, Masson et Cie), pp. 138–9.

52. Matteucci, C. (1844), Traite des phenomenes electro-physiologiques des animaux (Paris: Fortin, Masson et Cie).

53. Matteucci, C. (1845), Philosophical Transactions of the Royal Society of London 135:303–17, p. 317.

54. Matteucci, C. (1850), Philosophical Transactions of the Royal Society of London 140:645–9, p. 648.

55. Finger, S. and Wade, N. (2002a), Journal of the History of the Neurosciences 11:136–55; Finger, S. and Wade, N. (2002b), Journal of the History of the Neurosciences 11:234–54.

56. Эта и следующая цитата из: Muller, J. (1843), Elements of Physiology (Philadelphia: Lea and Blanchard), pp. 513, 515, 532.

57. Otis, L. (2007), Muller’s Lab (Oxford: Oxford University Press).

58. Finkelstein, G. (2014), in C. Smith and H. Whitaker (eds.), Brain, Mind and Consciousness in the History of Neuroscience (New York: Springer), pp. 163–84, p. 164.

59. Clarke, E. and Jacyna, L. (1987), Nineteenth-Century Origins of Neuroscientific Concepts (London: University of California Press), p. 211.

60. Bowditch, H. (1886), Science 8:196–8, pp. 196–7.

61. Meulders, M. (2010), Helmholtz: From Enlightenment to Neuroscience (Cambridge, MA: MIT Press).

62. Finger and Wade (2002a), p. 152.

63. Lenoir, T. (1994), Osiris 9:184–207.

64. Helmholtz, H. (1875), On the Sensations of Tone as a Physiological Basis for the Theory of Music (London: Longmans, Green), p. 224.

65. Odling, E. (1878), Memoir of the Late Alfred Smee, FRS, by his Daughter (London: Bell and Sons). Я ничего не слышал о Сми, пока не столкнулся с ним в работе историка науки Айвана Риса Моруса во время сбора информации для данной главы.

66. Smee, A. (1849), Elements of Electro-Biology, or, the Voltaic Mechanism of Man (London: Longman, Brown, Green, and Longmans), p. 39.

67. Там же, p. 45.

68. Эта цитата и цитата в следующем абзаце из: Smee, A. (1850), Instinct and Reason Deduced from Electro-Biology (London: Reeve, Benham and Reeve), pp. 29, 211, 98. The Figure is Plate VIII, opposite p. 210.

69. Morus, I. (1998), Frankenstein’s Children: Electricity, Exhibition, and Experiment in Early-Nineteenth-Century London (Princeton: Princeton University Press), p. 150.

70. Этот и следующие два абзаца из: Smee, A. (1851), The Process of Thought Adapted to Words and Language, Together with a Description of the Relational and Differential Machines (London: Longman, Brown, Green, and Longmans), pp. xv, 2, 39, 40, 42–3, 45, 49–50. Boden, M. (2006), Mind as Machine: A History of Cognitive Science, 2 vols. (Oxford: Clarendon), vol. 1, p. 121, предполагают, что Сми находился под влиянием «Математического анализа логики» Джорджа Буля, опубликованного в 1847 году. Труды Сми не содержат никаких ссылок на Буля или его идеи, и историки вычислительной техники утверждают, что никакой связи не было – Buck, G. and Hunka, S. (1999), IEEE Annals of the History of Computing 21:21–7.

71. Aspray, W. (1990), Computing Before Computers (Ames: Iowa State University Press), pp. 108–10.

4. Функция. XIX век

1. Liebknecht, K. (1908), Karl Marx: Biographical Memoirs (Chicago: Kerr), p. 64. Название группы, собравшейся в 1850 году, обычно дается либо как «Образовательное объединение немецких рабочих», либо как «Коммунистический клуб».

2. Parssinen, T. (1974), Journal of Social History 7:1–20, p. 1.

3. Shuttleworth, S. (1989), in J. Christie and S. Shuttleworth (eds.), Nature Transfigured: Science and Literature, 1700–1900 (Manchester: Manchester University Press), pp. 121–51; Boshears, R. and Whitaker, H. (2013), Progress in Brain Research 205:87–112.

4. McLaren, A. (1981), Comparative Studies in Society and History 23:3–22.

5. Clark and Jacyna (1987), pp. 222–3.

6. Gall, F. and Spurzheim, G. (1810), Anatomie et physiologie du systeme nerveux en general, et du cerveau en particulier, vol. 1 (Paris: Schoell), p. xvii.

7. Young, R. (1990), Mind, Brain and Adaptation in the Nineteenth Century: Cerebral Localization and its Biological Context from Gall to Ferrier (Oxford: Oxford University Press), p. 56.

8. Gall, F. and Spurzheim, G. (1812), Anatomie et physiologie du systeme nerveux en general, et du cerveau en particulier, vol. 2 (Paris: Schoell), p. 225; Gall, F. (1818), Anatomie et physiologie du systeme nerveux en general, et du cerveau en particulier, vol. 3 (Paris: Librairie Grecquelatine-allemande), pp. 307–22.

9. Словом для «желчи», используемым для обозначения «гордости», было «высокомерие», что также означает «рост».

10. Boring, E. (1950), A History of Experimental Psychology (Englewood Cliffs: Prentice-Hall), p. 53; Boshears and Whitaker (2013).

11. Spurzheim, J. (1815), The Physiognomical System of Drs. Gall and Spurzheim (London: Baldwin, Cradock, and Joy).

12. Gall (1818), p. xxix.

13. Там же и McLaren (1981).

14. Cooter, R. (1984), The Cultural Meaning of Popular Science: Phrenology and the Organisation of Consent in Nineteenth-Century Britain (Cambridge: Cambridge University Press).

15. Combe, G. (1836), Testimonials on Behalf of George Combe, as a Candidate for the Chair of Logic in the University of Edinburgh (Edinburgh: Anderson), p. 5; Parsinnen (1974), p. 1.

16. McLaren (1981).

17. Hegel, G. (2003), The Phenomenology of Mind (Mineola: Dover), pp. 175–98.

18. Napoleon (1824), Profils des contemporains (Paris: Pollet), p. 54.

19. Все цитаты из: Roget, P. (1824b), Supplement to the Fourth, Fifth, and Sixth Editions of the Encyclopaedia Britannica, vol. 3 (Edinburgh: Constable) – entry on Cranioscopy.

20. Clark, J. and Hughes, T. (1980), The Life and Letters of the Reverend Adam Sedgwick, vol. 2 (Cambridge: Cambridge University Press), p. 83.

21. Parssinen (1974), p. 12.

22. Young (1990), p. 61.

23. Material from Flourens, P. (1842), Recherches experimentales sur les proprietes et les fonctions du systeme nerveux, dans les animaux vertebres (Paris: Balliere), pp. 135, 131, 132, 244.

24. Swazey, J. (1970), Journal of the History of Biology 3:213–34.

25. Flourens, P. (1824), Recherches experimentales sur les proprietes et les fonctions du systeme nerveux, dans les animaux vertebres (Paris: Crevot), p. 122.

26. Luzzatti, C. and Whitaker, H. (2001), Archives of Neurology 58:1157–62.

27. Andral, G. (1840), Clinique medicale, ou choix d’observations recueillies a l’Hopital de la Charite, vol. 5: Maladies de l’encephale (Paris: Fortin, Masson), pp. 155, 523; Stookey, B. (1963), Journal of the American Medical Association 184:1024–9.

28. Finger (2000), p. 139.

29. Broca, P. (1861a), Bulletins de la Societe d’anthropologie de Paris 2:139–204, 301–21, 441–6; LaPointe, L. (2013), Paul Broca and the Origins of Language in the Brain (San Diego: Plural Publishing).

30. Pearce, J. (2006), European Neurology 56:262–4; Schiller, F. (1979), Paul Broca: Founder of French Anthropology, Explorer of the Brain (Berkeley: University of California Press), p. 175.

31. Auburtin, E. (1863), Considerations sur les localisations cerebrales et en particulier sur le siege de la faculte du langage articule (Paris: Masson et Fils), pp. 24–5.

32. Joynt, R. (1961), Archives of Internal Medicine 108:953–6; Schiller, F. (1963), Medical History 7:79–81.

33. Broca, P. (1861b), Bulletins de la Societe d’anthropologie de Paris 2: 235–38, p. 238; Schiller (1979), p. 178.

34. Broca, P. (1861c), Bulletins de la Societe anatomique de Paris 36:330–57.

35. Broca, P. (1861d), Bulletins de la Societe anatomique de Paris 36:398–407.

36. Там же, pp. 406–7.

37. Broca, P. (1863), Bulletins de la Societe d’anthropologie de Paris 4:200–202, p. 202.

38. Dax, M. (1865), Gazette hebdomodaire de medicine et de chirurgie 17:259–60; Dax, M. G. (1865), Gazette hebdomodaire de medicine et de chirurgie 17:260–62; Finger, S. (1996), Archives of Neurology 53:806–13.

39. Dax, M. G. (1865), p. 262.

40. Broca, P. (1865), Bulletins de la Societe d’anthropologie de Paris 6:377–93, p. 383.

41. Glickstein, M. (2014), Neuroscience: A Historical Introduction (Cambridge, MA: MIT Press), p. 278.

42. Rutten, G.-J. (2017), The Broca-Wernicke Doctrine. A Historical and Clinical Perspective on Localization of Language Functions (Cham, Switzerland: Springer).

43. Duval, A. (1864), Bulletins de la Societe d’anthropologie de Paris 5:213–17, p. 215.

44. Bartholow, R. (1874a), American Journal of the Medical Sciences 134:305–13; Bartholow, R. (1874b), British Medical Journal 1(700):727.

45. Ferrier, D. (1876), The Functions of the Brain (London: Smith, Elder),p. 296; Harris, L. and Almerigi, J. (2009), Brain and Cognition 70:92–115.

46. Fritsch, G. and Hitzig, E. (1870), Archiv fur Anatomie, Physiologi undwissenschaftliche Medizin 37:300–332 —перевод: Wilkins, R. (1963), Journal of Neurosurgery 20:904–16; Taylor, C. and Gross, C. (2003), The Neuroscientist 9:332–42; Hagner, M. (2012), Journal of the History of the Neurosciences 21:237–49.

47. Ferrier (1876), p. 80.

48. Wilkins (1963), p. 909.

49. Там же, p. 916.

50. Ferrier (1876); Taylor and Gross (2003).

51. Цитаты из: Ferrier (1876), pp. 44–5, 124–5, 39, 40, 213, 130, 141–5.

52. Macmillan, M. (2000), An Odd Kind of Fame: Stories of Phineas Gage (London: MIT Press). Quotes from Ferrier (1876), pp. 231–2.

53. Ferrier, D. (1878a), British Medical Journal 1:443–7; Ferrier, D. (1878b), The Localisation of Cerebral Function (London: Smith, Elder).

54. Macmillan (2000), pp. 401–22, 414–15.

55. См. pp. 314–33 того же источника, этот отрывок содержит галерею ошибочных счетов мошенника.

56. Цитаты из Ferrier (1876), pp. 288, 255–8.

5. Эволюция. XIX век

1. Abercrombie, J. (1838), Inquiries Concerning the Intellectual Powers and the Investigation of Truth (London: Murray), p. 34.

2. https://www.biodiversitylibrary.org/title/50381#page/52/mode/1up.

3. Barrett, P., et al. (eds.) (2008), Charles Darwin’s Notebooks, 1836–1844: Geology, Transmutation of Species, Metaphysical Enquiries (Cambridge: Cambridge University Press), p. 165.

4. Muller (1843), https://www.biodiversitylibrary.org/item/105993#page/ 53/mode/1up; Richards, R. (1987), Darwin and the Emergence of Evolutionary Theories of Mind and Behavior (Chicago: University of Chicago Press), p. 94; Swisher, C. (1967), Bulletin of the History of Medicine 41:24–43, p. 27.

5. Barrett et al. (2008), pp. 291, 614.

6. Partridge, D. (2015), Biological Journal of the Linnean Society 116:247–51.

7. Darwin, C. (2004), The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex (London: Penguin), p. 17; Bizzo, N. (1992), Journal of the History of Biology 25:137–47.

8. Chadwick, O. (1975), The Secularisation of the European Mind in the Nineteenth Century (Cambridge: Cambridge University Press), p. 184.

9. Tyndall, J. (1875), Popular Science Monthly, February 1875, pp. 422–40, p. 438.

10. Harrington, A. (1987), Medicine, Mind, and the Double Brain (Princeton: Princeton University Press), p. 124.

11. Anonymous (1875), Popular Science Monthly, February 1875, pp. 501–4, p. 503. См. Tyndall, J. (1874), John Tyndall’s Address Delivered Before the British Association Assembled at Belfast, with Additions (London: Longmans, Green) и разные статьи в выпуске Popular Science, February 1875.

12. Finkelstein (2014), p. 165; Finkelstein, G. (2013), Emil du Bois-Reymond: Neuroscience, Self, and Society in Nineteenth-Century Germany (London: MIT Press).

13. Van Strien, M. (2015), Annals of Science 72:381–400, p. 387.

14. Richards (1987), pp. 176–9.

15. Там же, p. 178; Wallace, A. (1871), Contributions to the Theory of Natural Selection. A Series of Essays (London: Macmillan).

16. Smith, C. (2010), Journal of the History of the Neurosciences 19:105–20, p. 118.

17. Lyell, C. (1863), Geological Evidences of the Antiquity of Man (London: John Murray); Cohen, C. (1998), in D. Blundell and A. Scott (eds.), Lyell: The Past is the Key to the Present (Bath: Geological Society), pp. 83–93.

18. Lyell (1863), p. 201; Richards, R. (2009), in J. Hodge and G. Radick (eds.), The Cambridge Companion to Darwin (Cambridge: Cambridge University Press), pp. 96–119, p. 106.

19. Материалы в этом и в следующем абзаце из: Darwin (2004), pp. 86, 231, 240.

20. Darwin (2004), p. 87.

21. Эта и последующая цитаты взяты из того же источника, pp. 74, 88–9, 151; Smith (2010).

22. Huxley, T. (1874), Nature 6:362–6; Wallace, A. (1874), Nature 10:502–3; Wetterhan, I. (1874), Nature 6:438; Anger, S. (2009), Victorian Review 35:50–52.

23. Huxley (1874), p. 365.

24. Эта и последующая цитата из: Huxley (1898), pp. 237, 240, 244, 191; also Huxley (1874).

25. Richards (1987), pp. 352, 368.

26. Эта и последующая цитата из: Lloyd Morgan, C. (1900), Animal Behaviour (London: Edward Arnold), pp. 95, 93.

27. McGrath, L. (2014), Journal of the Western Society for French History 42:1–12, p. 1.

28. Maudsley, H. (1872), The Lancet 100:185–9, pp. 186–7.

29. Maudsley, H. (1883), Body and Will (London: Kegan Paul, Trench), pp. 101–2. 30. Hughlings Jackson, J. (1887), Journal of Mental Science 33:25–48, pp. 37–8.

6. Торможение. XIX век

1. Diamond, S., et al. (1963), Inhibition and Choice: A Neurobehavioral Approach to Problems of Plasticity in Behavior (New York: Harper & Row); Smith. R. (1992a), Inhibition: History and Meaning in the Sciences of Mind and Brain (Berkeley: University of California Press).

2. Smith (1992a), pp. 881.

3. Там же, p. 77.

4. Цитата из: Sechenov, I. (1965), Reflexes of the Brain (Cambridge, MA: MIT Press), pp. 19, 86.

5. Young (1990), p. 205.

6. Sechenov (1965), p. 89.

7. Maudsley, H. (1867), The Physiology and Pathology of the Mind (New York: Appleton), p. 83.

8. Ferrier (1876), p. 287.

9. James, W. (1890), Principles of Psychology, 2 vols. (New York: Holt), vol. 2, p. 68.

10. Smith (1992a), pp. 132–3.

11. Diamond et al. (1963), p. 41.

12. Smith (1992a), p. 134.

13. McDougall, W. (1905), Physiological Psychology (London: Dent), p. 103.

14. Diamond et al. (1963), pp. 40, 45.

15. Ferrier (1876), p. 18.

16. Anstie, F. (1865), Stimulants and Narcotics, Their Mutual Relations (Philadelphia: Lindsay and Blakiston), pp. 86–7.

17. Smith, R. (1992b), Science in Context 5:237–63.

18. Hughlings Jackson (1887), p. 37.

19. Smith (1992a), p. 154.

20. Lloyd Morgan, C. (1896), An Introduction to Comparative Psychology (New York: Walter Scott), p. 182.

21. Morton, W. (1880), Scientific American Supplement 256:4085–6, p. 4085. О работе Шарко и его коллег, а также о значении нейросифилиса в создании биологической модели психического заболевания см. Ropper, A. and Burrell, B. (2020), How the Brain Lost Its Mind: Sex, Hysteria and the Riddle of Mental Illness (London: Atlantic).

22. Goetz, C., et al. (1995), Charcot: Constructing Neurology (Oxford: Oxford University Press).

23. Heidenhain, R. (1899), Hypnotism or Animal Magnetism: Physiological Observations (London: Kegan Paul, Trench, Trubner), p. 46.

24. Smith (1992a), p. 129.

25. Fletcher, J. (2013), Freud and the Scene of Trauma (New York: Fordham University Press), p. 28.

26. Freud, S. (1963), in P. Rieff (ed.), General Psychological Theory: Papers on Metapsychology (New York: Collier), pp. 116–50, p. 125.

27. Crews, F. (2017), Freud: The Making of an Illusion (London: Profile), p. 448.

28. Как и можно было ожидать, Crews (2017), pp. 435–51 критикует эту работу, а Makari, G. (2008), Revolution in Mind: The Creation of Psychoanalysis (London: Duckworth), pp. 70–74 выражает сочувствие.

29. Todes, D. (2014), Ivan Pavlov: A Russian Life in Science (New York: Oxford University Press).

30. Helmholtz, H. von (1962), Helmholtz’s Treatise on Physiological Optics, vol. 3 (New York: Dover), pp. 3, 4.

31. Там же, pp. 4, 27.

32. Там же, p. 14.

33. Там же, p. 6.

34. Heidelberger, M. (1993), in D. Cahan (ed.), Hermann von Helmholtz and the Foundations of Nineteenth-Century Science (San Francisco: University of California Press), pp. 461–97, p. 493.

35. Cahan, D. (2018), Helmholtz: A Life in Science (Chicago: University of Chicago Press), p. 532.

36. Arbib, M. (2000), Perspectives in Biology and Medicine 43:193–216.

37. Meulders (2010), p. 145.

38. Sherrington, C. (1906), The Integrative Action of the Nervous System (New Haven: Yale University Press); Swazey, J. (1969), Reflexes and Motor Integration: Sherrington’s Concept of Integrative Action (Cambridge, MA: Harvard University Press).

39. Sherrington (1906), pp. 7, 16, 181.

40. Там же, p. 238.

41. Там же, p. 55.

42. Там же, pp. 65, 113, 187.

43. Материалы из этого абзаца взяты из того же источника, pp. 308–31, 352, 393.

44. Bastian, H. (1880), The Brain as an Organ of Mind (New York: Appleton).

45. Sherrington (1906), p. 35.

46. Ferrier (1876), pp. 290, 294.

47. Sherrington (1906), p. 83.

7. Нейроны. Рубеж XIX–XX веков

1. Shepherd, G. (2016), Foundations of the Neuron Doctrine, 25th Anniversary Edition (Oxford: Oxford University Press).

2. Pannese, E. (1999), Journal of the History of the Neurosciences 8:132–40; Shepherd, G. (1999), Journal of the History of the Neurosciences 8:209–14.

3. Эта и следующая цитата из: Golgi, C. (1883), The Alienist and Neurologist 4:236–269, 383–416, pp. 396, 394, 401.

4. Cajal, S. (1937), Memoirs of the American Philosophical Society 8:1–638, p. 305.

5. Там же, p. 321.

6. Cajal, S. (1909), Histologie du systeme nerveux de l’homme et des vertebres, vol. 1 (Paris: Maloine), p. 29.

7. Ranvier, L.-A. (1878), Lecons sur l’Histologie du systeme nerveux (Paris: Savy), p. 131; Boullerne, A. (2016), Experimental Neurology 283B:431–45.

8. Shepherd (2016), p. 163.

9. Cajal (1937), pp. 356–7.

10. Там же, p. 358.

11. Jones, E. (1999), Journal of the History of the Neurosciences 8:170–78; Bock, O. (2013), Endeavour 37:228–34.

12. Shepherd (2016), p. 189.

13. Там же, p. 229.

14. Lopez-Munoz, F., et al. (2006), Brain Research Bulletin 70:391–405.

15. Golgi, C. (1967), in Nobel Foundation (ed.) Nobel Lectures. Physiology or Medicine, 1901–1921 (Amsterdam: Elsevier), pp. 215, 216.

16. Cajal, S. (1894a), Proceedings of the Royal Society of London 55:444–68 – все переводы мои; Jones (1999).

17. Cajal (1894a), p. 444.

18. Слово «юниты» можно найти также в: Cajal (1894a), pp. 457, 465.

19. Там же, p. 450.

20. Там же, p. 465; Berlucchi, G. (1999), Journal of the History of the Neurosciences 8:191–201.

21. Shepherd (2016), pp. 203–10.

22. James (1890), vol. 2, p. 581.

23. Cajal (1894a), p. 452.

24. Otis, L. (2001), Networking: Communicating with Bodies and Machines in the Nineteenth Century (Ann Arbor: University of Michigan Press); Otis, L. (2002), Journal of the History of Ideas 63:105–28. Эти две работы особенно помогли мне.

25. Cajal (1894a), pp. 466, 467.

26. Demoor, J. (1896), Archives de Biologie 14:723–52; Jones, E. (1994), Trends in Neurosciences 17:190–92; Berlucchi, G. (2002), Journal of the History of the Neurosciences 11:305–9.

27. Cajal (1894a), pp. 467–8. В недавнем английском переводе работы Кахаля предполагается, что Кахаль использовал фразу Макса Нордау и описал органы чувств как «истинные вычислительные машины». – Cajal, S. (1999), Texture of the Nervous System of Man and the Vertebrates (Berlin: Springer), p. 8 – или «вычислительные приборы» – Cajal, S. (1995), Histology of the Nervous System (Oxford: Oxford University Press). Nordau (1885), Paradoxe (Leipzig: Elischer Nachfolger), на самом деле использовал фразу ‘Zusammenfassung zahlreiche Organe’ – «комбинация разных органов». Представляется вероятным, что неправильный перевод работ Кахаля или других имел место и с тех пор усугубился. Нет никаких свидетельств того, что Кахаль рассматривал какую-либо часть нервной системы как некое вычислительное устройство. Чтобы лучше ознакомиться с этим вопросом, см. theideaofthebrain.com.

28. Cajal, S. (1894b), Les Nouvelles idees sur la structure du systeme nerveux chez l’homme et chez les vertebres (Paris: Reinwald), p. x.

29. Bergson, H. (1911), Matter and Memory (London: Allen and Unwin), pp. 19–20.

30. Keith, A. (1919), The Engines of the Human Body (London: Williams and Norgate), p. 259; Kirkland, K. (2002), Perspectives in Biology and Medicine 45:212–23.

31. Keith (1919), pp. 261–2.

32. Otis (2001), p. 67.

33. Robinson, J. (2001), Mechanisms of Synaptic Transmission: Bridging the Gaps (1890–1990) (Oxford: Oxford University Press), p. 21.

34. Foster, M. and Sherrington, C. (1897), A Text Book of Physiology, part III: The Central Nervous System (London: Macmillan), pp. 928–9.

35. Там же, p. 969.

36. Материалы из: Sherrington (1906), pp. 2, 3, 18.

37. Цитаты приводятся по тому же источнику, pp. 141, 155, 39.

38. Там же, p. 39.

39. Valenstein, E. (2005), The War of the Soups and the Sparks: The Discovery of Neurotransmitters and the Dispute Over How Nerves Communicate (New York: Columbia University Press). См. также Dupont, J.-C. (1999), Histoire de la neurotransmission (Paris: Presses Universitaires de France); Robinson (2001); Marcum, J. (2006), Annals of Science 63:139–56. Я не упомянул о работе двух Уолтеров – Гаскелла и Кэннона – потому что это отвлекло бы внимание от главной идеи.

40. Valenstein (2005), p. 6.

41. Ackerknecht, E. (1974), Medical History 18:1–8.

42. Valenstein (2005), p. 19.

43. Там же, p. 22.

44. Там же, p. 43.

45. Dale, H. (1914), Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics 6:147–90.

46. Loewi, O. (1960), Perspectives in Biology and Medicine 4:3–25, p. 17.

47. Valenstein (2005), p. 58.

48. Robinson (2001), pp. 63–7.

49. Valenstein (2005), pp. 59–60.

50. Там же, p. 125; Eccles, J. (1976), Notes and Records of the Royal Society of London 30:219–30, p. 221.

51. Eccles (1976), p. 225; Brooks, C. and Eccles, J. (1947), Nature 159:760–64.

52. Brock, L., et al. (1952), Journal of Physiology 117:431–60, pp. 452, 455.

8. Машины. 1900–1930-е годы

1. Riskin (2016), pp. 296–304.

2. См., например: Cohen, J. (1966), Human Robots in Myth and Science (London: Allen & Unwin); Mayor, A. (2018), Gods and Robots: Myths, Machines, and Ancient Dreams of Technology (Princeton: Princeton University Press).

3. Hill, A. (1927), Living Machinery (London: Bell); Herrick, C. (1929), The Thinking Machine (Chicago: University of Chicago Press). К сожалению, Геррик мало что мог сказать о мыслящих машинах.

4. Loeb, J. (1912), The Mechanistic Conception of Life: Biological Essays (Chicago: University of Chicago Press); Watson, J. (1913), Psychological Review 20:158–77.

5. Rignano, E. (1926), Man Not a Machine: A Study of the Finalistic Aspects of Life (London: Kegan Paul, Trench, Trubner); Needham, J. (1927), Man a Machine (London: Kegan Paul, Trench, Trubner).

6. Meyer, M. (1911), The Fundamental Laws of Human Behaviour (Boston: Badger), p. 39.

7. Russell, S. (1913), Journal of Animal Behavior 3:15–35, p. 17, note 5.

8. Там же, p. 35.

9. Miessner, B. (1916), Radiodynamics: The Wireless Control of Torpedoes and Other Mechanisms (New York: Van Nostrand), p. 195.

10. Loeb, J. (1918), Forced Movements, Tropisms and Animal Conduct (London: Lippincott), pp. 68–9.

11. Miessner (1916), p. 199; Cordeschi, R. (2002), The Discovery of the Artificial: Behavior, Mind and Machines Before and Beyond Cybernetics (London: Kluwer).

12. Uexkull, J. von (1926), Theoretical Biology (London: Kegan Paul, Trench, Trubner).

13. Magnus, R. (1930), Lane Lectures on Experimental Pharmacology and Medicine (Stanford: Stanford University Press), p. 333.

14. Uexkull (1926), p. 273.

15. Lotka, A. (1925), Elements of Physical Biology (Baltimore: Williams &Wilkins), p. 342.

16. Hull, C. and Baernstein, H. (1929), Science 70:14–15; Baernstein, H. and Hull, C. (1931), Journal of General Psychology 5:99–106; Krueger, R. and Hull, C. (1931), Journal of General Psychology 5:262–9.

17. Krueger and Hull (1931), p. 267.

18. Baernstein and Hull (1931), p. 99.

19. Ross, T. (1933), Scientific American 148:206–8.

20. Ross, T. (1935), Psychological Review 42:387–93, p. 387.

21. Ross, T. (1938), Psychological Review 45:185–9, p. 138.

22. Time, 16 September 1935.

23. Bernstein, J. (1868), Pfluger, Archiv fur Physiologie 1:173–207; Seyfarth, E.-A. (2006), Biological Cybernetics 94:2–8.

24. Bernstein, J. (1902), Pfluger, Archiv fur Physiologie 92:521–62.

25. McComas, A. (2011), Galvani’s Spark: The Story of the Nerve Impulse (Oxford: Oxford University Press); Campenot, R. (2016), Animal Electricity: How We Learned That the Body and Brain are Electric Machines (London: Harvard University Press).

26. Gotch, F. and Burch, G. (1899), Journal of Physiology 24:410–26.

27. Gotch, F. (1902), Journal of Physiology 28:395–416, p. 414.

28. Frank, R. (1994), Osiris 9:208–35.

29. https://tinyurl.com/Adrian-Nobel.

30. Hodgkin, A. (1979), Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society 25:1–73; Frank (1994); Garson, J. (2015), Science in Context 28:31–52.

31. Adrian, E. (1914), Journal of Physiology 47:460–74.

32. McComas (2011), pp. 73–4.

33. Forbes, A. and Thacher C. (1920), American Journal of Physiology 52:409–71, p. 468. Daly in the UK and Hober in Germany had similar ideas – Adrian, E. (1928), The Basis of Sensation (London: Christophers), p. 42.

34. Frank (1994), p. 218.

35. Hodgkin (1979), p. 25.

36. Там же, p. 21.

37. Adrian, E. (1926a), Journal of Physiology 61:49–72; Adrian, E. (1926b), Journal of Physiology 62:33–51; Adrian, E. and Zotterman, Y. (1926a), Journal of Physiology 61:151–71; Adrian, E. and Zotterman, Y. (1926b), Journal of Physiology 61:465–83.

38. Frank (1994), p. 209.

39. Adrian, E. and Matthews, B. (1934), Brain 57:355–85, p. 355.

40. Там же, p. 384. We still do not fully understand the origin of EEG – Cohen, M. (2017), Trends in Neurosciences 40:208–18.

41. Эта и следующая цитата из: Adrian (1928), pp. 6, 118–19, 120, 112.

42. Adrian, E. (1932), The Mechanism of Nervous Action: Electrical Studies of the Neurone (Philadelphia: University of Pennsylvania Press), p. 12.

43. Thomson, S. and Smith, H. (1853), A Dictionary of Domestic Medicine and Household Surgery (Philadelphia: Lippincott, Grambo), p. 291.

44. Adrian (1928), pp. 91, 100, 98.

45. Garson (2015), p. 46.

9. Контроль. 1930–1950-е годы

1. Smalheiser, N. (2000), Perspectives in Biology and Medicine 43:217–26, pp. 217–18.

2. Easterling, K. (2001), Cabinet 5, https://tinyurl.com/Easterling-Pitts; Gefter, A. (2015), Nautilus 21, https://tinyurl.com/Gefter-Pitts.

3. Chen, Z. (1999), in R. Wilson and F. Keil (eds.), MIT Encyclopedia of Cognitive Science (Cambridge, MA: MIT Press), pp. 650–52, p. 650.

4. В конце концов Рашевский вывел из себя и руководство Чикагского университета, и своих главных спонсоров Фонд Рокфеллера. Дик Левонтин, декан, который закрыл группу, вспоминал: Рашевский и его школа не приняли во внимание убежденность биологов в том, что реальные организмы – это сложные системы, реальное поведение которых теряется в идеализациях. Работа школы считалась не имеющей отношения к биологии и была фактически прекращена в конце 1960-х годов, не оставив никаких осязаемых следов. Lewontin, R.(2003), New York Review of Books, 1 May.

5. Этой главе мы обязаны трудам Тары Абрахам и Маргарет Боден. Abraham, T. (2002), Journal of the History of the Behavioral Sciences 38:3–25; Abraham, T. (2004), Journal of the History of Biology 37:333–85; Abraham, T. (2016), Rebel Genius: Warren S. McCulloch’s Transdisciplinary Life in Science (London: MIT Press); Boden (2006).

6. Rashevsky, N. (1936), Psychometrika 1:1–26, p. 1.

7. Kubie, L. (1930), Brain 53:166–77.

8. Pitts, W. (1942a), Bulletin of Mathematical Biophysics 4:121–9; Pitts, W. (1942b). Bulletin for Mathematical Biophysics 4:169–75.

9. Обе даты приводит Абрахам (2002), которая мудро не пытается выбирать между ними.

10. Abraham (2016); Magnus (1930).

11. Lettvin, J., et al. (1959), Proceedings of the Institute of Radio Engineers 47:1940–51, p. 1950. Eric Kandel described his work on Aplysia as a validation of Kant – Kandel, E. (2006), In Search of Memory: The Emergence of a New Science of Mind (New York: Norton), p. 202.

12. Hull, C. (1937), Psychological Review 44:1–32.

13. Arbib (2000), p. 199; Heims, S. (1991), Constructing a Social Science for Postwar America: The Cybernetics Group, 1946–1953 (London: MIT Press), p. 38.

14. Heims (1991), pp. 40–41; Conway, F. and Siegelman, J. (2005), Dark Hero of the Information Age: In Search of Norbert Wiener the Father of Cybernetics (New York: Basic).

15. McCulloch, W. and Pitts, W. (1943), Bulletin of Mathematical Biophysics 5:115–33.

16. Arbib (2000), p. 207; Kay, L. (2001), Science in Context 14:591–614, p. 592.

17. McCulloch, W. (1965), Embodiments of Mind (Cambridge, MA: MIT Press).

18. Там же, p. 9.

19. Arbib (2000), p. 199.

20. Цитаты из работ: McCulloch and Pitts (1943), pp. 122, 123, 120.

21. Masani, P. (1990), Norbert Wiener 1894–1964 (Basel: Birkhauser Verlag); Kay (2001); Abraham (2004); Piccinini, G. (2004), Synthese 141:175–215; Koch, C. (1999), Biophysics of Computation: Information Processing in Single Neurons (New York: Oxford University Press); недавний пример элемента И, воплощенного в одной клетке: Dobosiewicz, M., et al. (2019), eLife 8:e50566.

22. Heims, S. (1980), John von Neumann & Norbert Weiner: From Mathematics to the Technologies of Life and Death (London: MIT Press), pp. 192–9.

23. Цитаты из: von Neumann, J. (1993), IEEE Annals of the History of Computing 15:27–43, pp. 33, 37, 38.

24. Conway and Siegelman (2005).

25. Abraham (2016), p. 89.

26. Rosenblueth, A., et al. (1943), Philosophy of Science 10:18–24, p. 20.

27. Craik, K. (1943), The Nature of Explanation (Cambridge: Cambridge University Press), p. 52; Zangwill, O. (1980), British Journal of Psychology 71:1–16.

28. Craik (1943), p. 53.

29. Там же, p. 61.

30. Collins, A. (2012), Interdisciplinary Science Reviews 37:254–68.

31. Craik (1943), p. 115.

32. Adrian, E. (1947), The Physical Background of Perception (Oxford: Clarendon Press), pp. 93–4.

33. Turing, A. (1937), Proceedings of the London Mathematical Society 42:230–65.

34. McCulloch and Pitts (1943), p. 129.

35. Von Neumann, J. (1951), in L. Jeffress (ed.), Cerebral Mechanisms in Behavior: The Hixon Symposium (London: Hafner), pp. 1–41, p. 32.

36. Soni, J. and Goodman, R. (2017), A Mind at Play: How Claude Shannon Invented the Information Age (London: Simon and Schuster), p. 107.

37. Hodges, A. (2012), Alan Turing: The Enigma (London: Vintage), p. 251.

38. Heims (1991), p. 20.

39. Masani (1990), pp. 243–5.

40. Организованный Фондом Хиксона, он часто называется Конференцией Хиксона или собраниеv Хиксона.

41. Цитаты из работы: von Neumann (1951), pp. 10, 20, 24, 34.

42. Цитаты из работы: McCulloch, W. (1951), in L. Jeffress (ed.), Cerebral Mechanisms in Behavior: The Hixon Symposium (New York: Wiley), pp. 45–57, p. 55.

43. Conway and Siegelman (2005), pp. 199, 169.

44. Wiener, N. (1948), Cybernetics: or, Control and Communication in the Animal and the Machine (New York: Technology Press), p. 124.

45. Pias, C. (ed.) (2016), Cybernetics: The Macy Conferences 1946–1953 (Zurich: Diaphenes), pp. 171–202.

46. Von Neumann, J. (1958), The Computer and the Brain (New Haven: Yale University Press), p. 82.

47. Olby, R. (1994), The Path to the Double Helix: The Discovery of DNA (New York: Dover), p. 354.

48. Pias (2016), p. 128.

49. Conway and Siegelman (2005), pp. 217–29.

50. Husbands, P. and Holland, O. (2008), in P. Husbands, et al. (eds.), The Mechanical Mind in History (London: MIT Press), pp. 91–148; Pickering, A. (2010), The Cybernetic Brain: Sketches of Another Future (London: University of Chicago Press).

51. Husbands and Holland (2008), pp. 116–17; Husbands, P. and Holland, O. (2012), Interdisciplinary Science Reviews 37:237–53.

52. Hodges (2012), p. 251. From Hodges’s interview with Turing’s student Robin Gandy.

53. Pias (2016), pp. 474–9.

54. Soni and Goodman (2017), p. 204. Чтобы посмотреть полный фильм, см. https://www.youtube.com/watch?v=vPKkXibQXGA.

55. Pias (2016), p. 478.

56. Soni and Goodman (2017), p. 205.

57. Pias (2016), p. 346.

58. Знаю, это не имеет смысла. Это шутка Доктора Кто.

59. Paul Mandel, ‘Deux ex Machina’, The Harvard Crimson, 5 May 1950.

60. Riskin (2016), p. 321.

61. https://www.youtube.com/watch?v=wQE82derooc.

62. Pias (2016), pp. 593–619; Dupuy, J.-P. (2009), On the Origins of Cognitive Science: The Mechanization of the Mind (London: MIT Press), pp. 148–50.

63. Книга Эшби объясняет меньше, чем обещает ее название – Ashby, R. (1952), Design for a Brain (London: Chapman & Hall). Исследования гомеостата варьируются от полезных (e.g. Cariani, P., 2009, International Journal of General Systems 38:139–54) до невыносимо туманных (Dupuy, 2009).

64. Dupuy (2009); Boden (2006), vol. 1, pp. 222–32.

65. Ryle, G. (1949), The Concept of Mind (London: Hutchinson); Turing, A. (1950), Mind 59:433–60.

66. Turing (1950), p. 442.

67. Там же, p. 455.

68. MacKay, D. (1951), British Journal for the Philosophy of Science 2:105–21, p. 120.

69. Laslett, P. (ed.) (1950), The Physical Basis of Mind (Oxford: Blackwell); Young, J. (1951), Doubt and Certainty in Science: A Biologist’s Reflection on the Brain (Oxford: Clarendon).

70. Young (1951), pp. 50–51.

71. Sherrington, C. (1940), Man on his Nature (Cambridge: Cambridge University Press), p. 225.

72. Smith, R. (2001), Science in Context 14:511–39.

73. Sherrington (1940), p. 357.

74. McCulloch and Pitts (1943), p. 132.

Настоящее

1. Fields, R. (2018), Journal of Neuroscience 38:9311–17; Carandini, M. (2019), Neuron 102:732–4.

2. Hughes, J. and Soderqvist, T. (1999), Endeavour 23:1–2.

10. Память. 1950-е годы – настоящее время

1. Eccles, J. and Feindel, F. (1978), Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society 24:473–513; Lewis, J. (1981), Something Hidden: A Biography of Wilder Penfield (Toronto: Doubleday).

2. Penfield, W. (1952), Archives of Neurology and Psychiatry 67:178–91, p. 178.

3. Lashley, K. (1950), Symposia of the Society for Experimental Biology 4:454–82; Bruce, D. (2001), Journal of the History of the Neurosciences 10:308–18.

4. Lashley (1950), pp. 477–8.

5. Penfield (1952), p. 185.

6. Там же, p. 196.

7. Penfield, W. (1954), in J. Delafresnaye (ed.), Brain Mechanisms and Consciousness (Oxford: Blackwell Scientific), pp. 284–304, p. 306.

8. Higgins, J., et al. (1956), Archives of Neurology and Psychiatry 76:399–419; Jacobs, J., et al. (2012), Journal of Cognitive Neuroscience 24:553–63.

9. Penfield, W. (1975), The Mystery of the Mind: A Critical Study of Consciousness and the Human Brain (Princeton: Princeton University Press), explains his change of view.

10. Penfield, W. and Boldrey, E. (1937), Brain 60:389–443.

11. Pogliano, C. (2012), Nuncius 27:141–62.

12. Penfield, W. and Rasmussen, T. (1950), The Cerebral Cortex of Man (New York: Macmillan).

13. Пенфилд описал гомункулуса в таламусе, хотя и признал, что «не претендует на детальную точность». Penfield, W. and Jasper, H. (1954), Epilepsy and the Functional Anatomy of the Human Brain (New York: Little, Brown), p. 159. Более поздний исследователь заметил о таламическом гомункулусе Пенфилда, что «любое научное значение этих проявлений трудно распознать». Schott, G. (1993), Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry 56:329–33, p. 331.

14. Hebb, D. (1949), The Organization of Behavior: A Neuropsychological Theory (London: Chapman & Hall); Brown, R. and Milner, P. (2003), Nature Reviews Neuroscience 4:1013–19.

15. Hebb (1949), p. xiii.

16. Цитаты и материалы взяты из того же источника, pp. 12, 62, 70, 76, 197, 166.

17. Corkin, S. (2013), Permanent Present Tense: The Man with No Memory, and What He Taught the World (London: Allen Lane); Dittrich, L. (2016), Patient H. M. – A Story of Memory, Madness, and Family Secrets (London: Chatto & Windus).

18. Scoville, W. and Milner, B. (1957), Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry 20:11–21, p. 11.

19. Milner, B., et al. (1968). Neuropsychologia 6:215–34, p. 217.

20. В 2018 году Милнер отпраздновала свое 100-летие; она продолжала работать и после 90 лет.

21. Scoville and Milner (1957).

22. Shepherd, G. (2010), Creating Modern Neuroscience: The Revolutionary 1950s (Oxford: Oxford University Press), p. 173. Я нашел эту превосходную книгу бесценной.

23. Dittrich (2016), p. 233.

24. Milner et al. (1968); Dittrich (2016).

25. Scoville and Milner (1957).

26. Annese, J., et al. (2014), Nature Communications 5:3122.

27. Dittrich (2016), p. 230.

28. Tolman, E. (1949), Psychological Review 55:189–208. Тревожно, что результаты, на которых Толман основывал свою теорию, в то время не могли быть воспроизведены. См., например: Gentry, G., et al. (1948), Journal of Comparative and Physiological Psychology 41:312–18.

29. O’Keefe, J. (2014), The Nobel Prizes 2014, pp. 275–307.

30. O ’Keefe, J. and Dostrovsky, J. (1971), Brain Research 34:171–5, p. 174.

31. Yartsev, M. and Ulanovsky, N. (2013), Science 340:367–72.

32. Hafting, T., et al. (2005), Nature 436:801–6; Moser, E., et al. (2008), Annual Review of Neuroscience 31:69–89.

33. O ’Keefe (2014); Moser, E. (2014), https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2014/edvard-moser/lecture; Moser, M.-B. (2014), https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2014/may-britt-moser/lecture.

34. Maguire, E., et al. (1998), Science 280:921–4; Maguire, E., et al. (2000), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 97:4398–403. О том, как не удалось обнаружить такой эффект у обычных водителей, см. Weisberg, S., et al. (2019), Cortex 115:280–93.

35. Butler, W., et al. (2019), Science 363:1447–52; Baraduc, P., et al. (2019), Science 363:635–9.

36. Omer, D., et al. (2018), Science 359:218–24; Danjo, T., et al. (2018), Science 359:213–18.

37. Wilson, M. and McNaughton, B. (1994), Science 265:676–9.

38. Olafsdottir, H., et al. (2015), eLife 4:e06063; Stachenfeld, K., et al. (2017),Nature Neuroscience 20:1643–53.

39. Schuck, M. and Niv, Y. (2019), Science 364:eaaw5181; Liu, Y., et al. (2019), Cell 178:640–52.

40. Eichenbaum, H. (2016), Learning and Behavior 44:209–22, p. 213.

41. Lisman, J., et al. (2017), Nature Neuroscience 20:1434–47.

42. Brodt, S., et al. (2018), Science 362:1045–8.

43. Teyler, T. and DiScenna, P. (1986), Behavioral Neuroscience 100:147–54.

44. Tanaka, K., et al. (2018), Science 361:392–7.

45. Igarashi, K., et al. (2014), Nature 510:143–7.

46. Eichenbaum, H., et al. (1983), Brain 106:459–72.

47. Dahmani, L., et al. (2018), Nature Communications 9:4162; Bao, X., et al. (2019), Neuron 102:1066–75.

48. Knierim, J. (2015), Current Biology 25:R1116–R1121.

49. Kandel (2006), p. 134.

50. Hodgkin, A. and Huxley, A. (1952), Proceedings of the Royal Society of London B 140:177–83.

51. Kandel (2006), p. 147.

52. Hesse, R., et al. (2019), https://www.biorxiv.org/content/10.1101/ 631556v1; Asok, A., et al. (2019), Trends in Neuroscience 42:14–22.

53. McConnell, J., et al. (1959), Journal of Comparative and Physiological Psychology 52:1–5; Travis, G. (1981), Social Studies of Science 11:11–32.

54. Morange, M. (2006), Journal of Bioscience 31:323–7.

55. Byrne, W., et al. (1966), Science 153:658–9.

56. Malin, D. and Guttman, H. (1972), Science 178:1219–20.

57. Ungar, G., et al. (1972), Nature 238:198–202.

58. Stewart, W. (1972), Nature 238:202–9.

59. Wilson, D. (1986), Nature 320:313–14.

60. Irwin, L. (2007), Scotophobin: Darkness at the Dawn of the Search for Memory Molecules (Plymouth: Hamilton); Setlow, B. (1997), Journal of the History of the Neurosciences 6:181–92.

61. Nye, M. (1980), Historical Studies in the Physical Sciences 11:125–56.

62. Shomrat, T. and Levin, M. (2013), Journal of Experimental Biology 216:3799–810.

63. Bliss, T. and Lomo, T. (1973), Journal of Physiology 232:331–56.

64. Lomo, T. (2017), Acta Physiologica 222:e12921.

65. Cooke, S. and Bliss, T. (2006), Brain 129:1659–73.

66. Bliss, T. and Collingridge, G. (1993), Nature 361:31–9.

67. Cooke and Bliss (2006).

68. Nabavi, S., et al. (2014), Nature 511:348–52; Titley, H., et al. (2017), Neuron 95:19–32.

69. Ryan, T., et al. (2015), Science 348:1007–13.

70. Tonegawa, S., et al. (2018), Nature Reviews Neuroscience 19:485–98.

71. Crick, F. (1982), Trends in Neuroscience 5:44–6.

72. Roberts, T., et al. (2010), Nature 463:948–52; Hayashi-Takagi, A., et al. (2015), Nature 525:333–8.

73. Adamsky, A., et al. (2018), Cell 174:59–71.

74. Доступны и другие формы обучения – см. Tonegawa et al. (2018).

75. Han, J., et al. (2009), Science 323:1492–6.

76. Ramirez, S., et al. (2013), Science 341:387–91.

77. Redondo, R., et al. (2014), Nature 513:426–30.

78. Ramirez, S., et al. (2015), Nature 522:335–9.

79. Vetere, G., et al. (2019), Nature Neuroscience 22:933–40.

80. Saunders, B., et al. (2018), Nature Neuroscience 21:1072–83.

81. Phelps, E. and Hofmann, G. (2019) Nature 572:43–50.

82. Liu, X., et al. (2014), Philosophical Transactions of the Royal Society of London: B 369:20130142.

83. Poo, M.-M., et al. (2016), BMC Biology 14:40.

11. Нейронные цепи. 1950-е – настоящее время

1. Hubel, D. and Wiesel, T. (2005), Brain and Visual Perception: The Story of a 25-Year Collaboration (Oxford: Oxford University Press), p. 60; Hubel, D. and Wiesel, T. (1959), Journal of Physiology 148:574–91; Hubel, D. and Wiesel, T. (2012), Neuron 75:182–4.

2. Barlow, H. (1953), Journal of Physiology 119:69–88.

3. Lorente de No, R. (1938), Journal of Neurophysiology 1:207–44.

4. Mountcastle, V. (1957), Journal of Neurophysiology 20:408–34.

5. Lettvin et al. (1959); Maturana, H., et al. (1960), Journal of General Physiology 43:129–76.

6. Spinelli, D., et al. (1968), Experimental Neurology 22:75–84; Cayco-Gajic, N. and Sweeney, Y. (2018), Journal of Neuroscience 38:6442–4.

7. Blakemore, C. and Cooper, G. (1970), Nature 228:477–8.

8. Hebb (1949), p. 31.

9. Gross, C. (2002b), The Neuroscientist 8:512–18; проницательное исследование истории и философских основ «бабушкиной клетки»: Barwich, A.-S. (2019) Frontiers in Neuroscience 13:1121.

10. Konorski, J. (1967), Integrative Action of the Brain: A Multidisciplinary Approach (Chicago: University of Chicago Press); Gross (2002b).

11. Gross, C., et al. (1972), Journal of Neurophysiology 35:96–111.

12. Gross, C., et al. (1969), Science 166:1303–6; Gross, C. (1998), Brain, Vision, Memory: Tales in the History of Neuroscience (London: MIT Press).

13. Perrett, D., et al. (1982), Experimental Brain Research 47:329–42; Kendrick, K. and Baldwin, B. (1987), Science 236:448–50.

14. Kendrick and Baldwin (1987), p. 450.

15. Quian Quiroga, R., et al. (2005), Nature 435:1102–7.

16. Koch, C. (2012), Consciousness: Confessions of a Romantic Reductionist (London: MIT Press), p. 65.

17. Quian Quiroga, R., et al. (2008), Trends in Cognitive Science 12:87–91.

18. Waydo, S., et al. (2006), Journal of Neuroscience 26:10232–4.

19. Yuste, R. (2015), Nature Reviews Neuroscience 16:487–97, p. 488.

20. Goodale, M. and Milner, A. (1992), Trends in Neuroscience 15:20–25.

21. Milner, A. (2017), Experimental Brain Research 235:1297–308.

22. Vargas-Irwin, C., et al. (2015), Journal of Neuroscience 35:10888–97.

23. Saur, D., et al. (2008), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 105:18035–40.

24. Barlow, H. (1972), Perception 1:371–94; Barlow, H. (2009), Perception 38:795–807.

25. Crick, F. (1958), Symposia of the Society of Experimental Biology 12:138–63.

26. Boden (2006), vol. 2, p. 1206.

27. James (1890), vol. 1, p. 179.

28. Barlow (1972), p. 390.

29. Там же, p. 381.

30. Barlow (2009), p. 797.

31. White, J., et al. (1986), Philosophical Transactions of the Royal Society of London: B 314:1–340.

32. White J. (2013), in The C. elegans Research Community (eds.), WormBook, https://tinyurl.com/mindofworm.

33. Crick, F. and Jones, E. (1993), Nature 361:109–10.

34. Felleman, D. and Van Essen, D. (1991), Cerebral Cortex 1:1–47.

35. Sporns O., et al. (2005), PLoS Computational Biology 1:e42, p. 245; Hagmann, P. (2005), ‘From Diffusion MRI to Brain Connectomics’ (PhD Thesis, Lausanne: EPFL), doi:10.5075/epfl-thesis-3230; Seung, S. (2012), Connectome: How the Brain’s Wiring Makes Us Who We Are (Boston: Houghton Mifflin Harcourt).

36. Morabito, C. (2017), Nuncius 32:472–500.

37. Swanson, L. and Lichtman, J. (2016), Annual Review of Neuroscience 39:197–216, p. 197.

38. Bardin, J. (2012), Nature 483:394–6.

39. Smith, S., et al. (2015), Nature Neuroscience 18:1565–7.

40. Ingalhalikar, M., et al. (2014), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 111:823–8; Joel, D. and Tarrasch, R. (2014), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 111:E637; Cahill, L. (2015), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 111:577–8.

41. Morgan, J. and Lichtman, J. (2013), Nature Methods 10:494–500, p. 497.

42. E conomo, M., et al. (2016), eLife 5:e10566.

43. Wolff, S. and Olveczky, B. (2018), Current Opinion in Neurobiology 49:84–94; Winnubst. J., et al. (2019), Cell, 179:268–81

44. Ero, C., et al. (2018), Frontiers in Neuroinformatics 12:00084.

45. Bargmann, C. (2013), Bioessays 34:458–65, p. 464.

46. White (2013).

47. Swanson and Lichtman (2016), p. 198.

48. Bargmann, C. and Marder, E. (2013), Nature Methods 10:483–90.

49. Shimizu, K. and Stopfer, M. (2013), Current Biology 23:R1026–R1031.

50. Ohyama, T., et al. (2015), Nature 520:633–9.

51. Morgan, J. and Lichtman, J. (2019), https://www.biorxiv.org/content/ 10.1101/683276v1

52. Sasaki, T., et al. (2012), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 109:20720–5.

53. Mu, Y., et al. (2019), Cell 178:27–43.

54. Savtchouk I. and Volterra, A. (2018), Journal of Neuroscience 38:14–25; Fiacco, T. and McCarthy, K. (2018), Journal of Neuroscience 38:3–13.

55. Fitzsimonds, R., et al. (1997), Nature 388:439–48.

56. Bullock, T., et al. (2005), Science 310:791–2.

57. Yuste (2015).

58. Harvey, C., et al. (2012), Nature 484:62–8.

59. Yuste (2015), p. 494.

60. Buzsaki, G. (2010), Neuron 68:362–85; Buzsaki, G. (2019), The Brain from Inside Out (New York: Oxford University Press).

61. Saxena, S. and Cunningham, J. (2019), Current Opinion in Neurobiology 55:103–11.

62. Простое объяснение низкоразмерных многообразий: Richard Gao’s blog post: https://tinyurl.com/manifold-explanation.

63. Gallego, J., et al. (2017), Neuron 94:978–84; Gonzalez, W., et al. (2019), Science 365:821–5; Oby, E., et al. (2019), Proceedings of the National Academy of Sciences 116:15210–5.

64. Nassim, C. (2018), Lessons from the Lobster: Eve Marder’s Work in Neuroscience (Cambridge, MA: MIT Press).

65. Delcomyn, F. (1980), Science 210:492–8; Marder, E. and Bucher, D. (2001), Current Biology 11:R986–R996.

66. Selverston, A. (1980), Behavioral and Brain Sciences 3:535–40.

67. Nusbaum, N., et al. (2017), Nature Reviews Neuroscience 18:389–403.

68. Turrigiano, G., et al. (1994), Science 264:974–7.

69. Stern, S., et al. (2017), Cell 171:1649–62.

70. Nassim (2018), p. 163.

71. Prinz, A., et al. (2004), Nature Neuroscience 7:1345–52; Calabrese, R. (2018), Trends in Neurosciences 41:488–91.

72. Sakurai, A. and Katz, P. (2017), Current Biology 27:1721–34.

73. Bargmann and Marder (2013).

74. Hassenstein, B. and Reichardt, W. (1956), Zeitschrift Fur Naturforschung: B 11:513–24; Barlow, H. and Levick, W. (1965), Journal of Physiology 178:477–504; Chi, K. (2016), Nature 531:S16–S17.

75. Takemura, S.-Y, et al. (2017), eLife 6:e24394.

76. Bargmann and Marder (2013); Motta, A., et al. (2019), Science 366:eaay3134.

77. Haley, J., et al. (2018), eLife 7:e41877; Bhattacharya, A., et al. (2019), Cell 176:1174–89.

78. Kato, S., et al. (2015), Cell 163:656–69.

79. Ryan, K., et al. (2016), eLife 5:e16962.

80. Wang, X., et al. (2018), Science 361:eaat5691.

81. Moffitt, J., et al. (2018), Science 362:eaau5324; Tasic, B., et al. (2018), Nature 563:72–8.

82. Economo, M., et al. (2018), Nature 563:79–84.

83. Mountcastle, V. (1998), Perceptual Neuroscience: The Cerebral Cortex (Cambridge, MA: Harvard University Press), p. 366.

84. Ohyama et al. (2015); Miroschnikow, A., et al. (2018), eLife 7:e40247.

85. https://tinyurl.com/Fly-brain-quote.

86. Vladimirov, N., et al. (2018), Nature Methods 15:1117–25; Hanchate, N., et al. (2019), https://www.biorxiv.org/content/10.1101/454835v1; Kunst, M., et al. (2019), Neuron 103:21–38.

87. Laurent, G. (2016), e-Neuroforum 7:54–5.

88. Tosches, M., et al. (2018), Science 360:881–8.

89. Mars, R., et al. (2018), eLife 7:e35237.

90. Laurent (2016), p. 55.

91. Morgan and Lichtman (2013).

92. Там же, p. 497.

93. Marr, D. (1982), Vision (London: W. H. Freeman), p. 15.

12. Компьютеры. 1950-е – настоящее время

1. Boden (2006); Abbott, L. (2008), Neuron 60:489–95; Gerstner, W., et al. (2012), Science 338:60–65.

2. Rochester, N., et al. (1956), IRE Transactions on Information Theory 2:80–93.

3. Selfridge, O. (1959), in Symposium on the Mechanisation of Thought Processes (London: HMSO), pp. 513–26, p. 516.

4. Grainger, J., et al. (2008), Trends in Cognitive Sciences 12:381–7.

5. Boden (2006), vol. 2, p. 899.

6. Rosenblatt, F. (1958), Psychological Review 65:386–408.

7. Rosenblatt, F. (1959), Two Theorems of Statistical Separability in the Perceptron (Buffalo: Cornell Aeronautical Laboratory), p. 424.

8. См. фото в: Rosenblatt, F. (1961), Principles of Neurodynamics: Perceptrons and the Theory of Brain Mechanisms. Report no. 1196-G-8, 15 March 1961 (Buffalo: Cornell Aeronautical Laboratory).

9. The New York Times, 7 July 1958.

10. McCorduck, P. (1979), Machines Who Think: A Personal Inquiry into the History and Prospects of Artificial Intelligence (San Francisco: W. H. Freeman), p. 87.

11. Rosenblatt (1961), p. 28.

12. Cowan, J. (1967), Nature 213:237.

13. Minsky, M. and Papert, S. (1969), Perceptrons: An Introduction to Computational Geometry (Cambridge, MA: MIT Press); Boden (2006), vol. 2, p. 915.

14. Olazaran, M. (1996), Social Studies of Science 26:611–59 утверждает, что влияние критики Минского и Паперта было преувеличено.

15. Marr (1982), pp. 13–14.

16. Там же, p. xvii.

17. Glennerster, A. (2007), Current Biology 17:R397–R399; Frisby, J. and Stone, J. (2012), Perception 41:1040–52; Stevens, K. (2012), Perception 41:1061–72.

18. Marr (1982), p. 361.

19. Frisby, J. and Stone, J. (2010), Seeing: The Computational Approach to Biological Vision (Cambridge, MA: MIT Press), p. 548. Джон Фрисби тщетно пытался объяснить мне идеи Марра, когда я был студентом-психологом в Шеффилдском университете. Вина лежит целиком на мне.

20. Marr (1982), p. 27.

21. Marr, D. (1976), Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology 40:647–62, p. 653; Marr, D. and Hildreth, E. (1980), Proceedings of the Royal Society: Biological Sciences 207:187–217; Martinez-Conde, S., et al. (2018), Trends in Neurosciences 41:163–5.

22. Greene, M. and Hansen, B. (2018), PLoS Computational Biology 14:e1006327.

23. Stevens (2012), p. 1071.

24. Chang, L. and Tsao, D. (2017), Cell 169:1013–28.

25. Landi, S. and Freiwald, W. (2017), Science 357:591–5.

26. Abbott, A. (2018), Nature 564:176–9, p. 179.

27. Kadipasaoglu, C., et al. (2017), PLoS One 12:e0188834.

28. Ponce, C., et al. (2019), Cell 177:999–1009.

29. Bashivan, P., et al. (2019), Science 364:eaav9436.

30. Carrillo-Reid, L., et al. (2019), Cell 178:447–57; Marshel, J., et al. (2019), Science 365:eaaw5202.

31. Rumelhart, D., et al. (eds.) (1986), Parallel Distributed Processing: Explorations in the Microstructure of Cognition, vol. 1: Foundations; vol. 2: Psychological and Biological Models (Cambridge, MA: MIT Press); Anderson, J. and Rosenfeld, E. (eds.) (1998), Talking Nets: An Oral History of Neural Networks (Cambridge, MA: MIT Press).

32. Sejnowski, T. (2018), The Deep Learning Revolution (London: MIT Press), p. 118.

33. Crick, F. (1989), Nature 337:129–32, p. 130.

34. Crick, F. (1994), The Astonishing Hypothesis: The Scientific Search for the Soul (New York: Charles Scribner’s Sons), p. 186.

35. Sejnowski, T. and Rosenberg, C. (1987), Complex Systems 1:145–68.

36. Rumelhart, D. and McClelland, J. (1986), in D. Rumelhart, et al. (eds.), Parallel Distributed Processing: Explorations in the Microstructure of Cognition, vol. 1: Foundations (Cambridge, MA: MIT Press), pp. 216–71.

37. Le, Q., et al. (2016), https://ai.google/research/pubs/pub38115.

38. Hochreiter, S. and Schmidhuber, J. (1997), Neural Computation 9:1735–80; LeCun, Y., et al. (2015), Nature 521:436–44.

39. Banino, A., et al. (2018), Nature 557:429–33.

40. Rajalingham, R., et al. (2018), Journal of Neuroscience 38:7255–69; Gangopadhyay, P. and Das, J. (2019), Journal of Neuroscience 39:946–8.

41. Marcus, G. (2015), in G. Marcus and J. Freeman (eds.), The Future of the Brain: Essays by the World’s Leading Neuroscientists (Oxford: Princeton University Press), pp. 204–15, p. 206.

42. Hassabis, D., et al. (2017), Neuron 95:245–58.

43. Silver, D., et al. (2016), Nature 529:484–9.

44. O ’Doherty, J., et al. (2003), Neuron 38:329–37.

45. Caron, S., et al. (2013), Nature 497:113–17.

46. Aso, Y., et al. (2014), Elife 3:e04577.

47. Thum, A. and Gerber, B. (2019), Current Opinion in Neurobiology 54:146–54.

48. Ullman, S. (2019), Science 363:692–3. Призыв к занимающимся системной нейробиологией уделять больше внимания результатам программ глубокого обучения: Richards, B. (2019), Nature Neuroscience 22:1761–70.

49. Sejnowksi and Rosenberg (1987), p. 157.

50. Hutson, M. (2018), https://tinyurl.com/AI-alchemy. Некоторое представление о раздраженной реакции аудитории: Sejnowski, T. (2015), Daedalus 144:123–32, p. 122.

51. https://tinyurl.com/Hinton-quote.

52. Crick (1989). В 1963 году он опубликовал статью о прорывах в молекулярной генетике под названием «Недавнее волнение в связи с проблемой кодирования».

53. Там же, p. 130.

54. Там же, p. 132.

55. Husbands, P., et al. (1998), Connection Science 10:185–210.

56. Lillicrap, T., et al. (2016), Nature Communications 7:13276.

57. LeCun et al. (2015).

58. Wilson, M. and Bower, J. (1992), Journal of Neurophysiology 67:981–95.

59. Bower, J. (1994), in J. Bower and D. Beeman (eds.), The Book of GENESIS: Exploring Realistic Neural Models with the GEneral Neural SImulation System (New York: Springer-Verlag/TELOS), pp. 195–202, p. 196.

60. Markram, H., et al. (2011), Procedia Computing Science 7:39–42, p. 40.

61. Kandel, E., et al. (2013), Nature Neuroscience 14:659–66, p. 659; Hill, S. (2015), in G. Marcus and J. Freeman (eds.), The Future of the Brain: Essays by the World’s Leading Neuroscientists (Oxford: Princeton University Press), pp. 111–24.

62. Dudai, Y. and Evers, K. (2014), Neuron 84:254–61; Serban, M. (2017), Progress in Brain Research 233:129–48.

63. Tiesinga, P., et al. (2015) Current Opinion in Neurobiology 32:107–14.

64. Fregnac, Y. and Laurent, G. (2014), Nature 513:27–9. Критический анализ проекта «Мозг человека» Леонарда Шнайдера: https://tinyurl.com/Schneider-HBP; взгляд Марка Хамфриса, занимающегося вычислительной нейробиологией: https://tinyurl.com/Humphries-HBP.

65. Markram, H., et al. (2015), Cell 163:456–92; Ramaswamy, S., et al. (2015), Frontiers in Neural Circuits 9:44; Reimann, M., et al. (2015), Frontiers in Computational Neuroscience 9:28.

66. Markram et al. (2015), p. 483.

67. Fan, X. and Markram, H. (2019) Frontiers in Neuroinformatics 13:32.

68. https://tinyurl.com/EdYong-HBP.

69. Eliasmith, C., et al. (2012), Science 338:1202–5.

70. Цитаты из: Chi (2016).

71. Seth, A. (2015), in T. Metzinger and J. Windt (eds.), Open MIND (Frankfurt: MIND Group), pp. 1–24; Clark, A. (2016), Surfing Uncertainty: Prediction, Action and the Embodied Mind (Oxford: Oxford University Press).

72. Gregory, R. (1980), Philosophical Transactions of the Royal Society of London: B 290:192–7.

73. Frith, C. (2007), Making Up the Mind: How the Brain Creates Our Mental World (London: Wiley-Blackwell).

74. Friston, K. (2009), Trends in Cognitive Sciences 13:293–301, p. 293.

75. Friston, K. (2003), Neural Networks 116:1325–52.

76. Friston (2009), p. 294.

77. Seth, A. and Tsakiris, M. (2018), Trends in Cognitive Sciences 22:969–81.

78. Gregory, R. (1983), Perception 12:233–8.

79. Clark (2016), Seth and Tsakiris (2018).

80. Pascual-Leone, A. and Walsh, V. (2001), Science 292:510–12. При родственном феномене, известном как «слепое зрение», клинически слепые субъекты тем не менее могут точно угадать расположение зрительных стимулов – Weiskrantz, L., et al. (1974), Brain 97:709–28.

81. Knill, D. and Pouget, A. (2004), Trends in Neurosciences 27:712–19, p. 712. В течение четырех лет Пуже и его коллеги смогли предоставить результаты, которые с тех пор были воспроизведены многими исследованиями. Beck, J., et al. (2008), Neuron 60:1142–52.

82. Sohn, H., et al. (2019) Neuron 104:458–470.

83. Collett, T. and Land, M. (1978), Journal of Comparative Physiology 125:191–204.

84. Fabian, S., et al. (2018), Journal of the Royal Society Interface 15:20180466; Mischiati, M., et al. (2015), Nature 517:333–8; Dickinson, M. (2014), Current Biology 25:R232–R234.

85. Cannon, W. (1927), American Journal of Psychology 39:106–24; Cannon, W. (1931), Psychological Review 38:281–95.

86. Dalgleish, T. (2004), Nature Reviews Neuroscience 5:582–9; Adolphs, R. and Anderson, D. (2018), The Neuroscience of Emotion: A New Synthesis (Princeton: Princeton University Press).

87. Hess, W. (1958), The Functional Organization of the Diencephalon (New York: Grune & Stratton).

88. Marzullo, T. (2017), Journal of Undergraduate Neuroscience Education 15:R29–R35, p. R33.

89. The New York Times, 17 May 1965.

90. Delgado, J. (1965), International Review of Neurobiology 6:349–449; Horgan, J. (2005), Scientific American, October 2005; Keiper, A. (2006), New Atlantis Winter 2006:4–41.

91. Frank, L. (2018), The Pleasure Shock: The Rise of Deep Brain Stimulation and Its Forgotten Inventor (New York: Dutton); Baumeister, A. (2000), Journal of the History of the Neurosciences 9:262–78.

92. Moan, C. and Heath, R. (1972), Journal of Behavior Therapy and Experimental Psychiatry 3:23–30.

93. Bishop, M., et al. (1963), Science 140:394–6.

94. Olds, J. and Milner, P. (1954), Journal of Comparative and Physiological Psychology 47:419–27.

95. Olds, J. (1958), Science 127:315–24.

96. https://www.defense.gov/Explore/News/Article/Article/1164793/darpa-funds-brain-stimulation-research-to-speed-learning/.

97. Reardon, S. (2017), Nature 551:549–50.

98. Chen, S. (2019), Science 365:456–7.

99. Donoghue, J. (2015), in G. Marcus and J. Freeman (eds.), The Future of the Brain: Essays by the World’s Leading Neuroscientists (Oxford: Princeton University Press), pp. 219–33.

100. Hochberg, L., et al. (2012), Nature 485:372–5.

101. https://tinyurl.com/Cathy-coffee.

102. Ajiboye, A., et al. (2017), The Lancet 389:1821–30.

103. George, J., et al. (2019) Science Robotics 4:eaax2352.

104. Penaloza, C. and Nishio, S. (2018), Science Robotics 3:eaat1228.

105. Dobelle, W. (2000), ASAIO Journal 46:3–9.

106. Akbari, H., et al. (2019), Scientific Reports 9:874; Anumanchipalli, G., et al. (2019), Nature 568:493–8.

107. Gilbert, F., et al. (2019), Science and Engineering Ethics 25:83–96, pp. 87–8.

108. Drew, L. (2019), Nature 571:S19–S21. Также могут возникнуть проблемы с кохлеарными имплантатами, особенно в развивающихся странах, где стоимость ремонта сломанных имплантатов может быть непомерно высокой и порой приводит к удалению устройства. Нетехнологичные меры реагирования на инвалидность могут быть более подходящими – см. тематическое исследование Friedner, M., et al. (2019), New England Journal of Medicine 381:2381–4.

13. Химия. 1950-е – настоящее время

1. Hofmann, A. (1979), Journal of Psychedelic Drugs 11:53–60. LSD is an abbreviation from the German – Lyserg-Saure-Diathylamid.

2. Ban, T. (2006), Dialogues in Clinical Neuroscience 8:335–44.

3. Material in this paragraph from Healy, D. (2004), The Creation of Psychopharmacology (Cambridge, MA: Harvard University Press), pp. 91, 99.

4. Rose, S. (2005), The 21st Century Brain: Explaining, Mending and Manipulating the Mind (London: Cape), pp. 221–42.

5. Osmond, H. and Smythies, J. (1952), Journal of Mental Science 98:309–15.

6. Barber, P. (2018), Psychedelic Revolutionaries: Three Medical Pioneers, the Fall of Hallucinogenic Research and the Rise of Big Pharma (London: Zed).

7. Hoffer, A., et al. (1954), Journal of Mental Science 100:29–45, p. 39; Smythies, J. (2002), Neurotoxicity Research 4:147–50.

8. Twarog, B. and Page, I. (1953), American Journal of Physiology 175:157–61; Shore, P., et al. (1955), Science 122:284–5; Costa, E., et al. (1989), Annual Review of Pharmacology and Toxicology 29:1–21.

9. Brodie, B., et al. (1955), Science 122:968; Brodie, B. and Shore, P. (1957), Annals of the New York Academy of Sciences 66:631–42.

10. Loomer, H., et al. (1957), Psychiatric Research Reports 8:129–41.

11. Ban (2006).

12. Cade, J. (1949), Medical Journal of Australia 1949–2:349–51, p. 350.

13. Schou, M., et al. (1954), Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry 17:250–60.

14. Harrington, A. (2019), Mind Fixers: Psychiatry’s Troubled Search for the Biology of Mental Illness (London: Norton); Brown, A. (2019), Lithium: A Doctor, a Drug, and a Breakthrough (New York: Liveright).

15. Dupont (1999), p. 207.

16. Baumeister, A. (2011), Journal of the History of the Neurosciences 20:106–22.

17. Frank (2018), p. 251.

18. Kety, S. (1959), Science 129:1528–32, 1590–96.

19. Там же, p. 1593.

20. Впервые это слово фигурирует в неподписанной рецензии: The Lancet, 2 September 1961, p. 530, где оно употреблено в качестве прилагательного.

21. Carlsson, A. (2001), Science 294:1021, p. 1021.

22. Burgen, A. (1964), Nature 204:412.

23. В 1998 году Роберт Ферчготт, Луис Игнарро и Ферид Мурад получили Нобелевскую премию за выяснение роли оксида азота.

24. Snyder, S. (2018), in D. Linden (ed.), Think Tank: Forty Neuroscientists Explore the Biological Roots of Human Experience (London: Yale University Press), pp. 88–93.

25. Dupont (1999), p. 227.

26. Zhu, S., et al. (2018), Nature 559:67–72.

27. Leng, G. (2018), The Heart of the Brain: The Hypothalamus and Its Hormones (London: MIT Press).

28. Там же.

29. Pert, C. and Snyder, S. (1973), Science 179:1011–14.

30. Hughes, J., et al. (1975), Nature 258:577–80.

31. Simantov, R. and Snyder, S. (1976), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 73:2515–19.

32. Pollin, W. (1979), Science 204:8; Snyder, S. (2017), Annual Review of Pharmacology and Toxicology 57:1–11.

33. Jones, E. and Mendell, L. (1999), Science 284:739.

34. Vander Weele, C., et al. (2018), Nature 563:397–401.

35. Salinas-Hernandez, X., et al. (2018), eLife 7:e38818; Mohebi, A., et al. (2019), Nature 570:65–70.

36. Handler, A., et al. (2019), Cell 178:60–75.

37. Leshner, A. (1997), Science 278:45–7.

38. Nutt, D., et al. (2015), Nature Reviews Neurosciences 16:305–12.

39. Luscher, C. and Malenka, R. (2011), Neuron 69:650–63; Sulzer, D. (2011), Neuron 69:628–49.

40. Volkow, N., et al. (2016), New England Journal of Medicine 374:363–71.

41. Observer, 4 March 2018.

42. Koepp, M., et al. (1998), Nature 393:266–8.

43. Kirk, S. and Kutchins, H. (1992), The Selling of DSM: The Rhetoric of Science in Psychiatry (New York: Aldine de Gruyter); Decker, H. (2013), The Making of DSM-III. A Diagnostic Manual’s Conquest of American Psychiatry (New York: Oxford University Press); Stein, D., et al. (2010), Psychological Medicine 40:1759–65.

44. Andrews, P., et al. (2015), Neuroscience and Biobehavioral Reviews 51:164–88.

45. Howard, D., et al. (2019), Nature Neuroscience 22:343–52, p. 350.

46. Gotsche, P. (2014), The Lancet Psychiatry 1:104–6; Nutt, D., et al. (2014), The Lancet Psychiatry 1:102–4.

47. Такова была цель Макграта, C., et al. (2013), JAMA Psychiatry 70:821–9.

48. Schildkraut, J. (1965), American Journal of Psychiatry 122:509–22; Coppen, A. (1967), British Journal of Psychiatry 113:1237–64, p. 1258.

49. Mendels, J. and Frazer, A. (1974), Archives of General Psychiatry 30:447–51.

50. Van Praag, H. and de Haan, S. (1979), Psychiatry Research 1:219–24.

51. Самая ранняя ссылка, которую я нашел на эту фразу: Lurie, S. (1991), American Journal of Psychotherapy 45:348–58. France, C., et al. (2007), Professional Psychology: Research and Practice 38:411–20. В данной статье авторы обещают добраться до истоков идеи, но не доходят до 1991 года. Эта фраза вскоре проникла в массовую культуру. В 1992 году в 4-й серии 6-го сезона ситкома «Сайнфелд» Джерри Сайнфелд говорит о другом персонаже: «Он не сумасшедший, у него химический дисбаланс».

52. Leo, J. and Lacasse, J. (2008), Society 45:35–45. О том, как психиатрия восприняла эту идею, и о том, как ведущие психиатры отреагировали на нее, см. Lacasse, J. and Leo, J. (2015), The Behavior Therapist 38:206–13, Pies, R. (2015), The Behavior Therapist 38:260–2, and Carlat, D. (2015), The Behavior Therapist 38:262–3. Лакасс и Лео реагируют на ответы на с. 263–266; Пирогов продолжает решительно утверждать, что психиатры никогда по-настоящему не принимали эту теорию: https://tinyurl.com/imbalance-myth.

53. Fibiger, H. (2012), Schizophrenia Bulletin 38:649–50.

54. Rose, N. (2019), Our Psychiatric Future: The Politics of Mental Health (Cambridge: Polity).

55. De Kovel, C. and Francks, C. (2019), Scientific Reports 9:5986.

56. Border, R., et al. (2019), American Journal of Psychiatry 176:376–87.

57. Mitchell, K. (2015), in G. Marcus and J. Freeman (eds.), The Future of the Brain: Essays by the World’s Leading Neuroscientists (Oxford: Princeton University Press), pp. 234–42; Mitchell, K. (2018), Innate: How the Wiring of Our Brains Shapes Who We Are (Oxford: Princeton University Press).

58. The PsychENCODE Consortium (2018), Science 362:1262–3.

59. Shorter, E. and Healy, D. (2007), Shock Therapy: A History of Electroconvulsive Treatment in Mental Illness (New Brunswick, NJ: Rutgers University Press); Hirshbein, L. (2012), Journal of the History of the Neurosciences 21:147–69.

60. Plath, S. (2005), The Bell Jar (London: Faber & Faber), p. 138.

61. Leiknes, K., et al. (2012), Brain and Behavior 2:283–345.

62. Pollan, M. (2018), How to Change Your Mind: The New Science of Psychedelics (London: Allen Lane).

63. Preller, K., et al. (2019), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 116:2743–8.

64. Deco, G., et al. (2018), Current Biology 28:3065–74.e6.

65. Berman, R., et al. (2000), Biological Psychiatry 47:351–4.

66. https://twitter.com/NIMHDirector/status/1103120788272697346.

67. https://www.wired.com/2017/05/star-neuroscientist-tom-inselleaves– google-spawned-verily-startup/.

14. Локализация. 1950-е – настоящее время

1. Uttal, W. (2001), The New Phrenology: The Limits of Localizing Cognitive Processes in the Brain (Cambridge, MA: MIT Press); Raichle, M. (2008), Trends in Neurosciences 32:118–26; Poldrack, R. (2018), The New Mind Readers: What Neuroimaging Can and Cannot Reveal about Our Thoughts (Princeton: Princeton University Press).

2. Beckmann, E. (2006), British Journal of Radiology 79:5–8, pp. 6–7.

3. Ter-Pogossian, M. (1992), Seminars in Nuclear Medicine 22:140–49.

4. Petersen, S., et al. (1988), Nature 331:585–9; Posner, M., et al. (1988), Science 240:1627–31.

5. Канвишер цитируется по статье: Kanwisher, N. (2017), Journal of Neuroscience 37:1056–61, p. 1056.

6. Logothetis, N., et al. (2001), Nature 412:150–57.

7. Racine, E., et al. (2005), Nature Reviews Neuroscience 6:159–64.

8. Sajous-Turner, A., et al. (2019), Brain Imaging and Behavior, https://doi.org/10.1007/s11682-019-00155-y.

9. Rusconi, E. and Mitchener-Nissen, T. (2013), Frontiers in Human Neuroscience 7:594; Satel, S. and Lilienfeld, S. (2013), Brainwashed: The Seductive Appeal of Mindless Neuroscience (New York: Basic Books); Sahakian, B. and Gottwald, J. (2017), Sex, Lies, and Brain Scans: How fMRI Reveals What Really Goes On in Our Minds (Oxford: Oxford University Press).

10. Eklund, A., et al. (2016), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 113:7900–905.

11. Brown, E. and Behrmann, M. (2017), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 114:E3368–E3369; Cox, R., et al. (2017), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 114:E3370–E3371; Eklund, A., et al. (2017), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 114:E3374–E3375; Kessler, D., et al. (2017), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 114:E3372–E3373.

12. Logothetis, N. (2008), Nature 453:869–78, pp. 876–7.

13. Poldrack, R. (2017), Nature 541:156.

14. Vaidya, A. and Fellows, L. (2015), Nature Communications 6:10120.

15. Vul, E., et al. (2009), Perspectives in Psychological Science 4:274–90.

16. Margulies, D. (2012), in S. Choudhury and J. Slaby (eds.), Critical Neuroscience: A Handbook of the Social and Cultural Contexts of Neuroscience (Oxford: Blackwell), pp. 273–85.

17. Bennett, C., et al. (2009), NeuroImage 47:S39–S40.

18. Poldrack, R., et al. (2017), Nature Reviews Neuroscience 18:115–26; Poldrack (2018).

19. Haxby, J., et al. (2001), Science 293:2425–30.

20. Kanwisher, N. (2010), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 107:11163–70, p. 11165.

21. Kanwisher (2017), p. 1060.

22. https://tinyurl.com/macarthur-tweet; https://tinyurl.com/cardonatweet; https://tinyurl.com/mitchell-tweet.

23. Poldrack, R. and Farah, M. (2015), Nature 526:371–9.

24. Logothetis (2008).

25. Dubois, J., et al. (2015), Journal of Neuroscience 35:2791–802.

26. Guest, O. and Love, B. (2017), eLife 6:e21397.

27. Bargmann, C. (2015), Journal of the American Medical Association 314:221–2.

28. Kashyap, S., et al. (2018), Scientific Reports 8:17063.

29. Критика исследований половых различий: Fine, C. (2010), Delusions of Gender: The Real Science Behind Sex Differences (London: Norton); Rippon, G. (2019), The Gendered Brain: The New Neuroscience That Shatters the Myth of the Female Brain (London: Bodley Head).

30. Саймон Барон-Коэн утверждает, что половые различия переходят в спектр аутизма с «экстремальным мужским мозгом», характеризующим аутичных людей обоих полов. Baron Cohen, S. (2003), The Essential Difference: Men, Women and the Extreme Male Brain (London: Allen Lane).

31. Ritchie, S., et al. (2018), Cerebral Cortex 28:2959–75.

32. Knickmeyer, R., et al. (2014), Cerebral Cortex 24:2721–31.

33. Vidal, F. and Ortega, F. (2017), Being Brains: Making the Cerebral Subject (New York: Fordham University Press).

34. Huth, A., et al. (2016), Nature 532:453–8; Brennan, J. (2018), Trends in Neurosciences 41:770–2.

35. Damasio, H., et al. (1996), Nature 380:499–505.

36. Uttal (2001); Rose (2005); Nobre, A. and van Ede, F. (2020), Journal of Neuroscience 40:89–100.

37. Raichle, M., et al. (2001), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 98:676–82.

38. Raichle, M. (2015), Annual Review of Neuroscience 38:433–47; Sormaz, M., et al. (2018), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 115:9318–23; Kaplan, R., et al. (2016), Current Biology 26:686–91.

39. Fox, K., et al. (2018), Trends in Cognitive Sciences 20:307–24.

40. Fregnac, Y. (2017), Science 358:470–77, p. 472.

41. Lange, F. (1877), History of Materialism and Criticism of Its Present Importance, vol. 3 (London: Trubner), p. 137.

42. Цитаты из: Gregory, R. (1959), in Symposium on the Mechanisation of Thought Processes (London: HMSO), pp. 669–82, pp. 680, 664.

43. Gregory, R. (1961), in W. Thorpe and O. Zangwill (eds.), Current Problems in Animal Behaviour (Cambridge: Cambridge University Press), pp. 307–30; Gregory, R. (1981), Mind in Science: A History of Explanations in Psychology and Physics (London: Weidenfeld and Nicolson).

44. Gregory (1981), p. 84.

45. Friston, K. (2011), Brain Connectivity 1:13–36.

46. Paré, D. and Quirk, G. (2017), npj Science of Learning 2:6; Adolphs and Anderson (2018).

47. Pignatelli, M. and Beyeler, A. (2019), Current Opinion in Behavioral Sciences 26:97–106; Corder, G., et al. (2019), Science 363:276–81; Morrow, K., et al. (2019), Journal of Neuroscience 39:3663–75; Chen, P., et al. (2019), Cell 176:1206–21.e18.

48. Padmanabhan, K., et al. (2019), Frontiers in Neuroanatomy 12:115.

49. Baumann, O., et al. (2015), Cerebellum 14:197–220; Carta, I., et al. (2019), Science 363:eaav058.

50. Genon, S., et al. (2018), Trends in Cognitive Sciences 22:350–63.

51. Harrington, A. (1990), in Harrington, A. (ed.), So Human a Brain: Knowledge and Values in the Neurosciences (New York: Springer), pp. 247–325, p. 268; Butler, A. (2009), in L. Squire (ed.), Encyclopedia of Neuroscience (New York: Academic Press).

52. Pogliano, C. (2017), Nuncius 32:330–75, p. 352.

53. Koestler, A. (1967), The Ghost in the Machine (London: Hutchinson), p. 296.

54. Sagan, C. (1977), The Dragons of Eden: Speculations on the Evolution of Human Intelligence (London: Hodder and Stoughton). См. также: Holden, B. (1979), Science 204:1066–8.

55. Sagan (1977), p. 142. Есть много страниц этого материала, который был абсурдным в то время.

56. MacLean, P. (1990), The Triune Brain in Evolution: Role in Paleocerebral Functions (New York: Plenum).

57. Reiner, A. (1990), Science 250:303–5.

58. Guillery, R. (1987), Nature 330:29.

59. Di Pellegrino, G., et al. (1992), Experimental Brain Research 91:176–80; Rizzolatti, G. and Craighero, L. (2004), Annual Review of Neuroscience 27:169–19; Hickok, G. (2014), The Myth of Mirror Neurons: The Real Neuroscience of Communication and Cognition (London: Norton).

60. Gallese, V. (2006), Brain Research 1079:15–24.

61. Ramachandran, V. (2011), The Tell-Tale Brain: Unlocking the Mystery of Human Nature (London: Norton), p. 125.

62. Mukamel, R., et al. (2010), Current Biology 20:750–56.

63. Grabenhorst, F., et al. (2019), Cell 177:986–8.

64. Feuillet, L., et al. (2007), The Lancet 370:262; Weiss, T., et al. (2020), Neuron 105:35–45.

65. Yu, F., et al. (2015), Brain 138:e353.

66. Garcia, A., et al. (2017), Frontiers in Aging Neuroscience 8:335.

67. Otchy, T., et al. (2015), Nature 528:358–63.

68. Li, X., et al. (2018), Journal of Neuroscience 38:8549–62.

69. Allen, W., et al. (2019), Science 364:eaav3932.

70. Stringer, C., et al. (2019), Science 364:255; Steinmetz, N., et al. (2019), Nature 576:266–73.

71. Prior, H., et al. (2008), PLoS Biology 6:e202.

72. Maler, L. (2018), Current Biology 28:R213–R215.

15. Сознание. 1950-е годы – настоящее время

1. Miller, G. (2005), Science 309:79. Философы могут утешиться фактом, что наука до сих пор не имеет ответов на два ключевых вопроса, над которыми философия ломала голову на протяжении тысячелетий.

2. Sutherland, S. (1989), International Dictionary of Psychology (New York: Crossroad), p. 95.

3. В период с 1969 по 2016 год Общество нейробиологии провело только два небольших симпозиума на эту тему. Storm, J., et al. (2017), Journal of Neuroscience 37:10882–93. Многие нейробиологи – в том числе и я – не изучают мозг вообще, не говоря уже о сознании.

4. Seth, A. (2017), in K. Almqvist and A. Haag (eds.), The Return of Consciousness: A New Science on Old Questions (Stockholm: Axel and Margaret Ax: son Johnson Foundation), pp. 13–37; Strawson, G. (2017), in K. Almqvist and A. Haag (eds.), The Return of Consciousness: A New Science on Old Questions (Stockholm: Axel and Margaret Ax: son Johnson Foundation), pp. 79–92.

5. Delafresnaye, J. (ed.) (1954), Brain Mechanisms and Consciousness (Oxford: Blackwell Scientific).

6. Marshall, L. (2004), Biographical Memoirs 84:251–69. Они сделали открытие случайно, когда использовали слишком много энергии во время стимуляции – Moruzzi, G. and Magoun, H. (1949),Electroencephalography and Clinical Neurophysiology 1:455–73.

7. Magoun, H. (1954), in J. Delafresnaye (ed.), Brain Mechanisms and Consciousness (Oxford: Blackwell Scientific), pp. 1–20, p. 1.

8. Penfield (1954), pp. 286, 289.

9. Cobb, S. (1952), Archives of Neurology and Psychiatry 42:172–7, p. 176.

10. Fessard. A. (1954), in J. Delafresnaye (ed.), Brain Mechanisms and Consciousness (Oxford: Blackwell Scientific), pp. 200–235, p. 206; Dumont, S., et al. (2012), Journal of the History of the Neurosciences 21:170–88.

11. Jung, R. (1954), in J. Delafresnaye (ed.), Brain Mechanisms and Consciousness (Oxford: Blackwell Scientific), pp. 310–44.

12. Penfield (1954), p. 304.

13. Delafresnaye (1954), p. 499.

14. Eccles, J. (1953), The Neurophysiological Basis of Mind: The Principles of Neurophysiology (Oxford: Oxford University Press), p. vi.

15. Eccles, J. (1951), Nature 168:53–7, p. 56.

16. Delafresnaye (1954), p. 501.

17. Smith, C. (2001), Brain and Cognition 46:364–72; Smith, C. (2014), in C. Smith and H. Whitaker (eds.), Brain, Mind and Consciousness in the History of Neuroscience (Dordrecht: Springer), pp. 255–72; Borck, C. (2017), Nuncius 32:286–329.

18. Penfield (1975), p. 114.

19. Там же, pp. 80, 114.

20. Place, U. (1956), British Journal of Psychology 47:44–50.

21. Smart, J. (1959), Philosophical Review 68:141–56.

22. Miller, G. (1962), Psychology: The Science of Mental Life (New York: HarperCollins), p. 40.

23. Meyer, D. and Meyer, P. (1963), Annual Review of Psychology 14:155–74.

24. Lashley (1950).

25. Sperry, R. (1961), Science 133:1749–57.

26. Gazzaniga, M. (2015), Tales from Both Sides of the Brain: A Life in Neuroscience (New York: HarperCollins); Schechter, E. (2018), Self-Consciousness and ‘Split’ Brains: The Mind’s I (Oxford: Oxford University Press).

27. Bogen, J. (2006), The History of Neuroscience in Autobiography 5:46–122, p. 90.

28. Gazzaniga (2015), pp. 35–7; https://vimeo.com/96626442.

29. Shen, H. (2014), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 111:18097.

30. Sperry, R. (1966), in J. Eccles (ed.), Brain and Conscious Experience (New York: Springer), pp. 298–313, p. 304.

31. Gazzaniga, M. (2018), The Consciousness Instinct: Unraveling the Mystery of How the Brain Makes the Mind (New York: Farrar, Straus and Giroux), pp. 204–5.

32. Gazzaniga, M., et al. (1962), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 48:1765–9; Gazzaniga, M., et al. (1963), Neuropsychologia 1:209–15; Gazzaniga, M., et al. (1965), Brain 88:221–36; Gazzaniga, M. and Sperry, R. (1967), Brain 90:131–48.

33. Gazzaniga, M., et al. (1987), Neurology 37:682–2.

34. Gazzaniga (2015), p. 90, https://vimeo.com/96627695.

35. Там же, pp. 151, 153.

36. Pinto, Y., et al. (2017a), Brain 140:1231–7; Pinto, Y., et al. (2017b), Brain 140:e68; Volz, L. and Gazzaniga, M. (2017), Brain 140:2051–60; Volz, L., et al. (2018), Brain 141:e15; Corballis, M., et al. (2018), Brain 141:e46.

37. Miller, M., et al. (2010), Neuropsychologia 48:2215–20.

38. Steckler, C., et al. (2017), Royal Society Open Science 4:170172.

39. Gazzaniga (2018), p. 204.

40. Corballis, M. (2014), PLoS Biology 12:e1001767; Toga, A. and Thompson, P. (2003), Nature Reviews Neuroscience 4:37–48; Kliemann, D., et al. (2019), Cell Reports 29:2398–407.

41. Gazzaniga, M. (2014), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 111:18093–4.

42. Gazzaniga (2018), p. 230.

43. Koch (2012), p. 20.

44. Crick, F. (1979), Scientific American 241:219–32.

45. Treisman, A. and Gelade, G. (1980), Cognitive Psychology 12:97–136; Crick, F. (1984), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 81:4586–90.

46. Crick, F. and Koch, C. (1990), Seminars in the Neurosciences 2:263–175.

47. Там же, p. 264.

48. Dennett, D. (1991), Consciousness Explained (London: Penguin), p. 255.

49. Crick (1994), p. 3.

50. Там же, p. 259.

51. Crick, F. and Koch, C. (2003), Nature Neuroscience 6:119–26, p. 123.

52. Crick, F. and Koch, C. (2005), Philosophical Transactions of the Royal Society: B 360:1271–9, p. 1277.

53. Koch, C., et al. (2016), Nature Reviews Neuroscience 17:307–21; Jackson, J., et al. (2018), Neuron 99:1029–39.

54. Koch et al. (2016); Storm et al. (2017); van Vugt, B., et al. (2018), Science 360:537–42.

55. Boly, M., et al. (2017), Journal of Neuroscience 37:9603–13; Odegaard, B., et al. (2017), Journal of Neuroscience 37:9593–602.

56. Owen, A., et al. (2006), Science 313:1402; Stender, J., et al. (2014), The Lancet 384:514–22; Owen, A. (2019), Neuron 102:526–8.

57. Naci, L., et al. (2014), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 111:14277–82; Casarotto, S., et al. (2016), Annals of Neurology 80:718–29; Massamini, M. and Tononi, G. (2018), Sizing Up Consciousness: Towards an Objective Measure of the Capacity for Experience (Oxford: Oxford University Press); Demertzi, A., et al. (2019), Science Advances 5:eaat7603.

58. Crick, F. and Koch, C. (1998), Cerebral Cortex 8:97–107, p. 105.

59. Quian Quiroga, R., et al. (2008), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 105:3599–604.

60. Gelbard-Sagiv, H., et al. (2018), Nature Communications 9:2057.

61. Crick, F. and Koch, C. (1995a), Nature 375:121–3; Crick, F. and Koch, C. (1995b), Nature 377:294–5; Pollen, D. (1995), Nature 377:293–4; Block, N. (1996), Trends in Neurosciences 19:456–9.

62. Fahrenfort, J., et al. (2017), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 114:3744–9; Dehaene, S. (2014), Consciousness and the Brain: Deciphering how the Brain Codes Our Thoughts (New York: Penguin); Block, N. (2015), in G. Marcus and J. Freeman (eds.), The Future of the Brain: Essays by the World’s Leading Neuroscientists (Oxford: Princeton University Press), pp. 161–76.

63. Olby, R. (2009), Francis Crick: Hunter of Life’s Secrets (Cold Spring Harbor: Cold Spring Harbor Laboratory Press), p. 418.

64. Libet, B., et al. (1979), Brain 102:193–224.

65. Dominik, T., et al. (2018), Consciousness and Cognition 65:1–26.

66. Maoz, U., et al. (2019), eLife 8:e39787.

67. Frith, C. and Haggard, P. (2018), Trends in Neurosciences 41:405–7.

68. Libet, B. (1994), Journal of Consciousness Studies 1:119–26; Libet, B. (2006), Progress in Neurobiology 78:322–6, p. 324.

69. Koch et al. (2016).

70. Rangarajan, V., et al. (2014), Journal of Neuroscience 34:12828–36, p. 12831.

71. Jonas, J., et al. (2018), Cortex 99:296–310.

72. Parvizi, J., et al. (2013), Neuron 80:1359–67.

73. Churchland, P. (2013), Neuron 80:1337–8, p. 1337.

74. Там же, p. 1338. Краткое изложение того, как последовательные субъективные переживания могут быть вызваны стимуляцией различных областей мозга: Fox, K., et al. (2020), Nature Human Behaviour 4:1039–52.

75. Chalmers, D. (1995), Journal of Consciousness Studies 2:200–219.

76. Nagel, T. (1974), Philosophical Review 83:435–50; Strawson (2017).

77. Nagel, T. (2017), in K. Almqvist and A. Haag (eds.), The Return of Consciousness: A New Science on Old Questions (Stockholm: Axel and Margaret Ax: son Johnson Foundation), pp. 41–6, p. 45.

78. Strawson (2017).

79. Dehaene, S. and Changeux, J.-P. (2011), Neuron 70:200–227; Dehaene (2014).

80. Dehaene (2014), p. 233.

81. См., например: Edelman, G. and Tononi, G. (2000), Consciousness: How Matter Becomes Imagination (London: Penguin), and Tononi, G., et al. (2016), Nature Reviews Neuroscience 17:450–61.

82. Tononi, G. (2008), Biological Bulletin 215:216–42. Этот источник включает несколько откровенно сбивающих с толку рисунков.

83. Baluška, F. and Reber, A. (2019), BioEssays 2019:1800229.

84. Tononi, G. and Koch. C. (2015), Philosophical Transactions of the Royal Society: B 370:20140167; Koch (2012).

85. Pennartz, C. (2018), Trends in Cognitive Sciences 22:137–53; Morsella, E., et al. (2016), Behavioral and Brain Sciences 39:e168 (см. также критическое обсуждение их позиции, которое следует за их статьей). См. также: Michael Grazziano’s Attention Schema Theory, summarised in Webb, T. and Grazziano, M. (2015), Frontiers in Psychology 6:500.

86. Например: Penrose, R. (1995), Shadows of The Mind: A Search for the Missing Science of Consciousness (London: Vintage).

87. Gazzaniga (2018).

88. Litt, A., et al. (2006), Cognitive Science 30:593–603.

89. См. например: Dehaene (2014); Clark (2016); Shea, N. and Frith, C. (2019), Trends in Cognitive Sciences 23:560–71.

90. Tononi and Koch (2015), p. 10, Авторы утверждают, что их теория интегрированной информации «предсказывает» феномен расщепления сознания у пациентов с рассеченным мозолистым телом. Легко предсказывать после события. Подробнее о предлагаемых проверках двух теорий, см. Reardon, S. (2019), Science 366:293.

91. Dehaene, S., et al. (2017), Science 358:486–92.

92. Sarasso, S., et al. (2015), Current Biology 25:3099–105.

93. Nieder, A., et al. (2020), Science 369:1626–9; Hesse, J. and Tsao, D. (2020), eLife 9:e58360.

94. Snaprud, P. (2018), New Scientist, 23 June 2018.

Будущее

1. Churchland, A. and Abbott, L. (2016), Nature Neuroscience 19:348–9. Коллективная попытка предсказать следующие пятьдесят лет нейробиологии: Altimus, C., et al. (2020), Journal of Neuroscience 40:101–6.

2. Sporns, O. (2015), in G. Marcus and J. Freeman (eds.), The Future of the Brain: Essays by the World’s Leading Neuroscientists (Oxford: Princeton University Press), pp. 90–99, p. 95.

3. Science, 27 October 2017.

4. Цитаты из: Fregnac (2017), pp. 471, 472.

5. Churchland, P. and Sejnowski, T. (1992), The Computational Brain (Cambridge, MA: MIT Press), p. 413.

6. Churchland and Abbott (2016), p. 346.

7. Pagan, O. (2019), Philosophical Transactions of the Royal Society B 374:20180383.

8. Ballard, D. (2015), Brain Computation as Hierarchical Abstraction (Cambridge, MA: MIT Press); Borthakur, A. and Cleland, T. (2019), Frontiers in Neuroscience 13:656.

9. Churchland and Abbott (2016), p. 349.

10. Abraham (2016), pp. 146–7.

11. Brette, R. (2019), Behavioral and Brain Sciences 42:e15; см. также ответы на его статью в том же журнале.

12. Barlow, H. (1961), in W. Rosenblith (ed.), Sensory Communication (Cambridge, MA: MIT Press), pp. 217–34. Бретт считает, что эта цифра превышает 15 000. Он использовал Google Scholar, я – Web of Knowledge. Мои собственные работы базируются на метафоре кодирования для изучения того, как нейроны в носу личинки реагируют на запахи – напр., Hoare, D., et al. (2008), Journal of Neuroscience 28:9710–22; Grillet, M., et al. (2016), Proceedings of the Royal Society B 283:20160665.

13. Freeman, W. and Skarda, C. (1990), in J. McGaugh, et al. (eds.) Third Conference, Brain Organization and Memory: Cells, Systems and Circuits (New York: Guilford Press), pp. 375–80.

14. Buzsaki, G. (2019), The Brain from Inside Out (New York: Oxford University Press).

15. Arbib, M. (1972), The Metaphorical Brain (London: Wiley); Arbib, M. (1989), The Metaphorical Brain 2 (London: Wiley); Keller, E. (1995), Refiguring Life: Metaphors of Twentieth Century Biology (New York: Columbia University Press); Brown, T. (2003), Making Truth: Metaphor in Science (Chicago: University of Illinois Press); Reynolds, A. (2018), The Third Lens: Metaphor and the Creation of Modern Cell Biology (Chicago: University of Chicago Press); Nicholson, D. (2019), Journal of Theoretical Biology 477:108–26; Olson, M., et al. (2019), Trends in Ecology and Evolution 34:605–15.

16. Kriegeskorte, N. and Diedrichsen, J. (2019), Annual Review of Neuroscience 42:407–32.

17. Caze, R., et al. (2013), PLoS Computational Biology 9:e1002867; https://tinyurl.com/Humphries-blog.

18. Gregory (1981), p. 187.

19. Turkheimer, F. (2019), Neuroscience and Biobehavioral Reviews 99:3–10.

20. Daugman, J. (1990), in E. Schwartz (ed.), Computational Neuroscience (London: MIT Press), pp. 9–18; Gigerenzer, G. and Goldstein, D. (1996), Creativity Research Journal 9:131–44; Kirkland (2002); Borck (2012); Abrahams, N. (2018), Humanity Journal https://novaojs.newcastle.edu.au/hass/index.php/humanity/article/download/49/53; Borck, C. (2012), in S. Choudhury and J. Slaby (eds.), Critical Neuroscience: A Handbook of the Social and Cultural Contexts of Neuroscience (London: Blackwell), pp. 113–33.

21. Brooks, R. (2015), in J. Brockman (ed.), This Idea Must Die: Scientific Theories That Are Blocking Progress (New York: HarperPerennial), pp. 295–8; Johansson, S. (1993), in H. Haken, et al. (eds.), The Machine as Metaphor and Tool (Berlin: Springer-Verlag), pp. 9–44, p. 38.

22. Carandini, M. (2015), in G. Marcus and J. Freeman (eds.), The Future of the Brain: Essays by the World’s Leading Neuroscientists (Oxford: Princeton University Press), pp. 177–85, p. 179; Marcus (2015), p. 210.

23. См. Crick (1989), p. 132. Crick cited Churchland and Sejnowski (1988).

24. Jonas, E. and Kording, K. (2017), PLoS Computational Biology 13:e1005268, pp. 1, 18.

25. Обоснование таких подходов: Einevoll, G., et al. (2019) Neuron 102:735–44; увлекательная критика: Mark Humphries’ blog post, ‘Why Model the Brain?’: https://tinyurl.com/Humphries-Why.

26. Bartol, T., et al. (2015), eLife 4:e10778.

27. Abbott, L. (2006), in J. van Hemmen and T. Sejnowski (eds.), 23 Problems in Systems Neuroscience (Oxford: Oxford University Press), pp. 423–31.

28. Chiel, H. and Beer, R. (1997), Trends in Neurosciences 20:553–7; Gomez-Marin, A. and Ghazanfar, A. (2019), Neuron 104:25–36, p. 34.

29. Sporns (2015), p. 99. Исследование того, как это относится к воображаемым исследованиям человеческого мозга: Nobre and van Ede (2019).

30. Dunn, T., et al. (2016), eLife 5:e12741.

31. O rmel, P., et al. (2018), Nature Communications 9:4167; Quadrato, G., et al. (2017), Nature 545:48–53; Giandomenico, S., et al. (2019), Nature Neuroscience 22:669–79; Velasco, C., et al. (2019), Nature 570:523–7.

32. Di Lullo, E. and Kriegstein, A. (2017), Nature Reviews Neuroscience 18:573–84; Pollen, A., et al. (2019), Cell 176:743–56; Ball, P. (2019), How to Grow a Human: Adventures in Who We Are and How We Are Made (London: Collins).

33. Cohen, J. (2018), Science 360:1284.

34. Farahany, N., et al. (2018), Nature 556:429–32.

35. Clarke, G., et al. (2013), Molecular Psychiatry 18:666–73; Jameson, K. and Hsiao, E. (2018), Trends in Neurosciences 41:413–14.

36. Adolphs and Anderson (2018).

37. Jasanoff, A. (2018), The Biological Mind: How Brain, Body, and Environment Collaborate to Make Us Who We Are (New York: Basic).

38. Sterling, P. and Laughlin, S. (2015), Principles of Neural Design (London: MIT Press).

39. Nummenmaa, L., et al. (2014), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 111:646–51; Nummenmaa, L., et al. (2018), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 115:9198–203.

40. Keesy, I., et al. (2019), Nature Communications 10:1162.

41. Vosshall, L. (2007), Nature 450:193–7.

42. https://tinyurl.com/Patel-quote.

43. Perry, C. and Chittka, L. (2019), Current Opinion in Neurobiology 54:171–7; Buchanan, S., et al. (2015), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 112:6700–705; Khuong, T., et al (2019), Science Advances 5:eaaw4099.

44. Krause, T., et al. (2019), Current Biology 29:1833–41.

45. Feinberg, T. and Mallat, J. (2016), The Ancient Origins of Consciousness: How the Brain Created Experience (London: MIT Press); Scholz, M., et al. (2018), https://www.biorxiv.org/content/10.1101/445643v1 – см. также комментарии.

46. Gutfreund, Y. (2017), Trends in Neurosciences 40:196–9.

47. Smith, A. (1978), Animal Behaviour 26:232–40.

48. Groothius, J., et al. (2019), Arthropod Structure & Development 51:41–51.

49. Webb, B. (2019), Journal of Experimental Biology 222:jeb188094; Calhoun, A., et al. (2019), Nature Neuroscience 22:2040–9.

50. Saxena and Cunningham (2019); Marques, J., et al. (2020), Nature 577:239–43.

51. Chettih, S. and Harvey, C. (2019), Nature 567:334–40.

52. Robinson, D. (1992), Behavioral and Brain Sciences 14:644–55. См. также: Fetz, E. (1992), Behavioral and Brain Sciences 15:679–90.

Иллюстрации

10. Top – Pearson Education, 2011; Below – QBI/Levent Efe

40. Reisch, G. (1504), Aepitoma omnis phylosophiae, alias, Margarita phylosophica (Strasbourg: Joannes Gruninger).

47. Vesalius, A. (1543), De Humani Corporis Fabrica (Basileae: Ioannem Oporinium).

52. Descartes, R. (1664), L’Homme (Paris: Le Gras). Credit: Wellcome Collection. CC BY

54. Swammerdam, J. (1737–1738), Biblia Naturae (Leyden: Severinus, Vander Aa, Vander Aa).

88. Galvani, A. (1791), De Viribus Electricitatis in Motu Musculari (Bononiae: Ex Typographia Instituti Scientiarium). Credit: Wellcome Collection. CC BY

94. Aldini, G. (1804), Essai theorique et experimental sur le galvanisme (Paris: Fournier fils). Credit: Wellcome Collection. CC BY

105. Smee, A. (1850), Instinct and Reason Deduced from Electro-Biology (London: Reeve, Benham and Reeve).

108. Smee, A. (1875), The Mind of Man (London: Bell and Sons).

134. Ferrier, D. (1876), The Functions of the Brain (London: Smith, Elder); Ferrier, D. (1878), The Localisation of Cerebral Function (London: Smith, Elder). Credit: Wellcome Collection. CC BY

178. Ballet, G. (1886), Le langage interieur et les diverses forms de l’aphasie (Paris: Alcan).

179. Ferrier, D. (1876), The Functions of the Brain (London: Smith, Elder);

133. Sherrington, C. S. (1906), The Integrative Action of the Nervous System (New Haven: Yale University Press).

193. Cajal, S. (1894), Proceedings of the Royal Society of London 55:444–68.

198. Keith, A. (1919), The Engines of the Human Body (London: Williams and Norgate).

218. Uexkull, J. von (1926), Theoretical Biology (London: Kegan Paul, Trench, Trubner).

221. Lotka, A. (1925), Elements of Physical Biology (Baltimore: Williams &Wilkins).

227. Adrian, E. and Zotterman, Y. (1926), Journal of Physiology 61:465–83.

230. Adrian, E. (1931), Journal of Physiology 72:132–51.

231. Adrian, E. (1928), The Basis of Sensation (London: Christophers).

242. McCulloch, W. and Pitts, W. (1943), Bulletin of Mathematical Biophysics 5:115–33.

265. Young, J. Z. (1951), Doubt and Certainty in Science: A Biologist’s Reflection on the Brain (Oxford: Clarendon).

278. Penfield, W. (1952), Archives of Neurology and Psychiatry 67:178–91.

281. Penfield, W. and Rasmussen, T. (1950), The Cerebral Cortex of Man (New York: Macmillan).

312. Hubel, D. and Wiesel, T. (1962), Journal of Physiology 160:106–54.

331. Twitter. Использовано с разрешения С. Скотт.

348. Selfridge, O. (1959), Symposium on the Mechanisation of Thought Processes (London: HMSO).

352. Rosenblatt, F. (1958), Psychological Review 65:386–408.

359. Ponce, C. et al. (2019), Cell 177: 999–1009.

461. Коллекция редких книг, Библиотека Сиднейского университета.

521. Smith, A. (1978), Animal Behaviour 26:232–40.

Изображения

1. Воображаемый портрет Галена XVI века.

2. Эксперимент Галена на свинье, взятый с титульного листа собрания его работ XVI века (Изображения Истории Науки/Стоковое фото).

3. Нильс Стенсен (1638–1686) (Институт медицинской анатомии, Копенгаген).

4. Портрет Жюльена Оффре де Ла Метри (1709–1751) на фронтисписе одной из его книг (Гарвардские художественные музеи/Музей Фогга. Подарок Уильяма Грея из коллекции Фрэнсиса Калли Грея. Фотография:© Президент и стипендиаты Гарвардского колледжа).

5. Автопортрет Рамона-и-Кахаля в его лаборатории (любезно предоставлен Институтом Кахаля, Мадрид).

6. Лондонская постановка «R.U.R.» в 1923 году.

7. Описание электрической собаки Селено 1918 года.

8. Уолтер Питтс.

9. Дэвид Хьюбел (слева) и Торстен Визель в 1981 году (Музей Гарвардского университета).

10. Ив Мардер в лаборатории (фото любезно предоставлено Брайденским университетом).

11. Дорис Цао (фото любезно предоставлено Дорис Цао).

12. Обложка журнала Science от 1991 года, показывающая использование фМРТ для выявления мозговой активности.

13. Пациент S3 (Кэти Хатчинсон), управляющий роботизированной рукой в Лаборатории Донохью, 2012 год (Фото © Мачек Ясик).

14. Рисунки из книги «Может ли нейробиолог понять микропроцессор?» (Could a Neuroscientist Understand a Microprocessor?) Эрика Джонаса и Конрада Пола Кординга (2017) (© 2017 Джонас Кординг. Открытый доступ).

Хотя были предприняты все усилия для установления контактов с правообладателями иллюстраций, автор и издатели были бы благодарны за информацию о любых иллюстрациях, правообладателей которых они не смогли указать, и были бы рады внести поправки в последующие издания.

* * *

Примечания

1

Французская академия наук была учреждена в 1666 году Людовиком XIV. – Здесь и далее, если не указано иное, прим. ред.

2

Оптогенетика – методика исследования работы нервных клеток, основанная на внедрении в их мембрану специальных каналов – опсинов, реагирующих на возбуждение светом.

3

Джон фон Нейман (1903–1957) – американский математик и физик, внесший существенный вклад в развитие науки. Известен как создатель «архитектуры фон Неймана» – принципа совместного хранения команд и данных в памяти устройства, который используется в большинстве современных компьютеров.

4

Глубокое обучение (deep learning) – совокупность методов машинного обучения, основанных на обучении представлениям, а не специализированным алгоритмам под конкретные задачи. Иными словами, глубокое обучение построено на имитации работы человеческого мозга в процессе обработки больших массивов информации и создания паттернов, используемых для принятия решения.

5

Шабака – царь Кушитского царства и фараон Древнего Египта, правивший приблизительно в 716–701 годах до н. э. Камень Шабаки также известен как «Памятник Мемфисского богословия».

6

Миф, высеченный на камне Шабаки, повествует о начале мира, о его сотворении. Образ Творящей бездны представляется в виде Птаха – бога-демиурга, создавшего первых восемь богов, среди которых Амон и Амонет – из них Птах творит мир и все сущее в нем «языком и сердцем».

7

Пуэбло (от исп. pueblo – «народ», «селение») – группа индейских народов Юго-Запада США.

8

В настоящее время Кротоне – итальянский город-порт (а также провинция) на берегу Ионического моря.

9

Цит. по: Аристотель. О частях животных / пер. В. П. Карпова. М.: Биомедгиз, 1937 («Классики биологии и медицины»).

10

Проведение прижизненных хирургических операций.

11

Раннехристианский богослов Тертуллиан характеризовал Герофила так: «Для Герофила, пресловутого врача или, вернее, мясника, который, чтобы исследовать природу, изрезал шестьсот людей и возненавидел человека, чтобы познать его»

12

Слово animal («животное») имеет тот же корень, что и слово animated («одушевленный»), и относится к латинскому слову animus, обозначающему сердце и ум. – Прим. авт.

13

Немесий Эме́сский (предположительно кон. IV – нач. V в.) – ранневизантийский богослов, философ, представитель Александрийской школы неоплатонизма, автор трактата «О природе человека».

14

Аврелий Августин Блаженный (354–430) – христианский богослов и мыслитель, епископ Иппонский, один из Отцов христианской Церкви.

15

Салернская врачебная школа – высшая медицинская школа, возникшая в IX веке в итальянском городе Салерно.

16

Альберт Великий, Альберт фон Больштедт (около 1200–1280) – средневековый философ, теолог, наставник Фомы Аквинского. Альберт Великий изложил и прокомментировал почти все работы Аристотеля.

17

Иоганн Гутенберг впервые применил ручной печатный станок в середине 1440-х годов. Би Шэн, китайский кузнец, изобрел подвижной шрифт в XI веке – между 1041 и 1048 годами.

18

Современные ученые полагают, что рисунки к учебнику Везалия были созданы в мастерской самого Тициана.

19

«Дю Лоренс описал широко распространенный „стеклянный бред”, при котором пациенты были убеждены, что сделаны из стекла, и боялись, что могут разбиться. Частота сообщений об этих симптомах снизилась с начала девятнадцатого века, показывая, что некоторые симптомы психического здоровья тесно связаны с социальным контекстом. Это справедливо даже в отношении посттравматического стрессового расстройства у солдат – сейчас наблюдаются совсем другие симптомы, чем во время Первой мировой войны». Speak, G. (1990), History of Psychiatry 1:191–206.

20

Перевод цитаты Т. Щепкиной-Куперник.

21

Речь идет об инквизиционном процессе над физиком и астрономом Галилео Галилеем, состоявшемся в Риме в 1633 году. Галилей был обвинен в активной поддержке гелиоцентрической системы мира Николая Коперника, которую католическая церковь ранее, в 1616 году, осудила как еретическое учение. В результате, несмотря на согласие отречься от коперниканства и покаяться, Галилей был приговорен к пожизненному заключению в тюрьме, которое впоследствии было заменено на домашний арест и пожизненный надзор инквизиции.

22

Реальные и воображаемые автоматы существовали и в древности, но по непонятным причинам не вызывали такого рода размышлений у философов. – Прим. авт.

23

По словам историка Эрики Дэйгл, «природа пневмы всегда ставила в тупик читателей теории Галена, в число которых входят Везалий, Томас Уиллис, Декарт и другие заинтересованные лица XVII века». Она может добавить меня в этот список. Daigle, e. (2009), ‘Reconciling Matter and Spirit: The Galenic Brain in early Modern literature’, PhD thesis, University of Iowa, USA, p. 7.

24

Томас Уиллис (1621–1675), Виллизий – выдающийся английский врач, анатом и физиолог, участник первой документированной реанимации, проведенной 14 декабря 1650 года. Уиллис является одним из создателей Лондонского королевского общества. В его честь назван большой артериальный круг мозга – Виллизиев круг.

25

Лондонское королевское общество – ведущее научное общество Великобритании, одно из старейших в мире, создано в 1660 году и утверждено королевской хартией в 1662 году.

26

Сэр Кристофер Рэн (1632–1723) – английский архитектор и математик, перестроивший центр Лондона после пожара 1666 года. Один из основателей Лондонского королевского общества.

27

Гекатомба в Древней Греции – торжественное жертвоприношение из ста быков. В поэмах Гомера – от 12 до 100 голов скота. Этим словом обозначалось любое количество жертвенных животных, даже если оно не достигало сотни. Впоследствии гекатомба – любое масштабное торжественное жертвоприношение.

28

Термин «впечатление», который в XVII веке использовался как синоним слова «ощущение», отражал идею о том, что восприятие включает в себя физический след, изменяющий форму или функцию нервов посредством какого-либо давления. – Прим. авт.

29

Мозолистое тело – наиболее мощный пучок проводников головного мозга (белое вещество), соединяющий полушария большого мозга.

30

Эманация – истечение, выделение чего-либо откуда-либо.

31

Цит. по: Томас Гоббс. Левиафан / пер. Н. Федорова, А. Гутермана // Томас Гоббс. Сочинения: В 2 т. М.: Мысль, 1991. Т. 2. 731 с.

32

Маргарет Кавендиш (1623–1673) – английская писательница, фрейлина королевы Генриетты-Марии Французской. Наиболее известное ее произведение – фантастический роман «Пылающий мир» (1666).

33

Цит. по: Бенедикт Спиноза. Этика / пер. Н. А. Иванцова // Бенедикт Спиноза. Избранные произведения: В 2 т. М., 1957. Т. 1. 632 с.

34

Готфрид Лейбниц (1646–1716) – немецкий философ, математик, механик, физик, юрист, историк, дипломат, языковед. Основатель и первый президент Берлинской академии наук. Среди открытий Лейбница значится описание двоичной системы исчисления, учение о бессознательной психической жизни, закон сохранения энергии, создание комбинаторики как отдельной научной дисциплины и генеалогическая классификация языков. Лейбниц также разработал особую философскую систему – монадологию.

35

Цит. по: Лейбниц Г. В. Монадология / пер. М. Боровского и др. // Лейбниц Г. В. Сочинения: В 4 т. М.: Мысль, 1982. Т. 1. 636 с.

36

Термин «самость», введенный в научный оборот К. Г. Юнгом, означает архетип целостности, принцип единства сознательной и бессознательной частей психики индивида, полноты человеческого потенциала.

37

Моя коллега, профессор Хелен Биби, уверяет меня, что я не один сталкиваюсь с трудностями понимания Локка: «Ваш взгляд на Локка типичен для страшекурсников философских факультетов». – Прим. авт.

38

Цит. по: Дж. Локк. Опыт о человеческом разумении / пер. А. Н. Савина // Дж. Локк. Сочинения: В 3 т. Т. 1. М.: Мысль, 1985. 623 с.

39

Ричард Бентли (1662–1742) – английский философ-богослов, филолог и критик, член Королевского общества. Считается основателем классической филологии.

40

Эмерджентность, или эмергентность, в теории систем – появление у системы свойств, не присущих ее элементам в отдельности; несводимость свойств системы к сумме свойств ее компонентов.

41

«Математические начала натуральной философии» (1687) – фундаментальный труд Ньютона, в котором он сформулировал закон всемирного тяготения и три закона движения, ставшие основой классической механики и названные его именем.

42

Джорджо Бальиви (1668–1708) – итальянский врач и ученый, член Королевского общества. Бальиви отстаивал принципы рационального клинического наблюдения, а также характеризовал физиологию живого организма с помощью механических терминов.

43

Кальвинизм – одно из течений протестантизма, основанное в XVI веке французским теологом и проповедником Жаном Кальвином.

44

Дэвид Гартли (1705–1757) – английский мыслитель, создатель теории ассоцианизма, в рамках которой ассоциация рассматривается в качестве универсального механизма сознания и психической жизни человека.

45

Витализм – устаревшее учение о наличии в живых организмах нематериальной сверхъестественной силы, управляющей жизненными явлениями – «жизненной силы» (лат. vis vitalis) («души», «энтелехии», «археи» и проч.). Теория витализма постулирует, что процессы в биологических организмах зависят от этой силы и не могут быть полностью объяснены законами физики и химии.

46

Диссентеры – в Англии одно из наименований протестантов, отклонявшихся от официально принятого вероисповедания. Термин появился в связи с распространением Реформации и применялся с XVI века для обозначения тех, кто подвергался преследованиям со стороны государственной церкви. В зависимости от характера последней, диссентерами в разное время назывались представители различных вероисповеданий. Чаще всего к диссентерам причисляли пуритан. При королеве Елизавете I диссентерами называли всех противников англиканской церкви, включая католиков.

47

Мы до сих пор не знаем. – Прим. авт.

48

Иржи (Георг) Прохаска (1749–1820) – австрийский, чешский физиолог, анатом и окулист. В 1779 году ученый опубликовал работу «О структуре нервов», где дал описание нервной системы. Прохаска является одним из создателей рефлекторной теории, положенной в основу нейрофизиологии.

49

Огни святого Эльма – разряд в форме светящихся пучков или кисточек, возникающий на острых концах высоких предметов при большой напряженности электрического поля в атмосфере.

50

Методизм – протестантская конфессия, распространенная главным образом в США и Великобритании. Возникла в XVIII веке, отделившись от англиканской церкви с требованием последовательного и методичного соблюдения евангельских предписаний. Методисты проповедуют религиозное смирение и кротость.

51

Леопольдо Марко Антонио Кальдани (1725–1813) – итальянский анатом, профессор медицины.

52

Феличе Фонтана (1730–1805) – итальянский физик, натуралист, анатом, химик. В 1777 году ученый открыл (одновременно с К. Шееле) способность свежепрокаленного древесного угля поглощать газы. В 1782-м обнаружил образование горючего газа при пропускании водяного пара через раскаленный уголь.

53

В английском языке слово torpedo также используется в качестве названия для электрического ската.

54

В биологии существует термин «гальванизм», называющий эффект сокращения мышцы в результате стимуляции электрическим током. Современный аналог термина – электрофизиология.

55

Именем итальянского физика Алессандро Вольты и названа единица измерения электрического напряжения – вольт.

56

Александр фон Гумбольдт (1769–1869) – немецкий географ, натуралист и путешественник. Считается одним из основателей географии как отдельной дисциплины.

57

Одним из исключений является словосочетание atomic pile, которое до сих пор используется для именования ядерного реактора. «Атомная батарея» звучит странно. – Прим. авт.

58

Гемфри Дэви (1778–1829) – британский химик, физик, геолог и изобретатель, один из основателей электрохимии. В 1799 году ученый открыл и описал опьяняющее и анестезирующее действие веселящего газа (закись азота), предположив, что его можно использовать в хирургии.

59

Вольта не получил никакого эффекта, потому что фактически не стимулировал обонятельные нейроны, которые расположены высоко в носовой полости, примерно на уровне глаз, и свисают вниз от основания черепа. Не пытайтесь повторить это в домашних условиях. – Прим. авт.

60

Публичные опыты Джованни Альдини также называют «электрическими плясками».

61

Также известная как «Британника».

62

Целью своей жизни Питер Марк Роже видел создание особого словаря для философов. «Тезаурус Роже» был составлен им в 1805 году, опубликован в 1852 году и оказался очень успешным: словарь переиздавался 28 раз.

63

Элиза Шарплз (1803–1852) – одна из первых женщин в Англии, выступавших с лекциями о свободомыслии, радикальной политике и правах женщин.

64

В 1819 году Карлайл сыграл ключевую роль в освещении бойни Петерлоо в Манчестере. Его труды послужили источником для знаменитой поэмы Перси Биши Шелли «Маска анархии». – Прим. авт.

65

Герман фон Гельмгольц (1821–1894) – немецкий физик, физиолог, психолог, акустик. Внес значительный вклад в описание закона сохранения энергии, заложил основы гидродинамики и метеорологии, сформулировал теорию аккомодации глаза и разработал учение о цветовом зрении. Гельмгольц изобрел ряд медицинских (офтальмоскоп, факоскоп) и технических устройств (катушка Гельмгольца, резонатор Гельмгольца). Сотрудниками и учениками исследователя были В. Вундт, И. М. Сеченов и Д. А. Лачинов.

66

Эрнст Геккель (1834–1919) – немецкий естествоиспытатель и философ. Автор терминов «питекантроп», «филогенез» и «онтогенез» и (вероятно) «экология». Геккель построил первое генеалогическое древо животного царства; сформулировал биогенетический закон, согласно которому в индивидуальном развитии организма как бы воспроизводятся основные этапы его эволюции. В 1900 году Геккель быль награжден медалью Дарвина.

67

Рудольф Вирхов (1821–1902) – немецкий ученый и политический деятель, врач, патологоанатом, гистолог, физиолог, один из основоположников клеточной теории в биологии и теории клеточной патологии в медицине. Вирхов выяснил строение слизистых оболочек и промежуточной ткани нервной системы; доказал возможность новообразования серого вещества мозга, разъяснил зависимость формы черепа от сращения швов. Также исследователь известен своими археологическими и палеонтологическими изысканиями.

68

Эмиль Генрих Дюбуа-Реймон (1818–1896) – немецкий физиолог, основоположник электрофизиологии, автор молекулярной теории бипотенциалов. Как философ Дюбуа-Реймон являлся представителем механистического материализма.

69

Это можно объяснить наличием проводящих (тканевых) жидкостей на внешней стороне нерва. – Прим. авт.

70

Метафора работала в обоих направлениях: не только нервная система была описана как подобие телеграфа, но и телеграфная система описывалась как нервная система страны. На языке того времени и телеграф, и нервы сообщали информацию почти мгновенно и позволяли действовать незамедлительно.

71

Чарльз Бэббидж (1791–1871) – английский математик, разработавший в 1833 году проект универсальной цифровой вычислительной машины, ставшей прообразом современной ЭВМ.

72

Разностная машина Чарльза Бэббиджа должна была осуществлять автоматические расчеты и оперировать большими числами, таким образом заменив на производстве людей-счетоводов. К сожалению, Бэббидж не смог реализовать собственный проект. В 1854 году шведский изобретатель Шойц по чертежам Бэббиджа построил несколько разностных машин. В 1991 году в Лондонском научном музее была сконструирована работающая копия «Разностной машины 2».

73

На сегодняшний день теория четкой локализации функций внутри мозга существенно откорректирована. – Прим. науч. ред.

74

На Диккенса популярная псевдонаучная концепция не произвела особого впечатления. В «Больших надеждах» преступник Магвич объясняет, что он подвергся френологическому обследованию, прежде чем дать более простое объяснение своему поведению: «…некоторые обмеряли мне голову, – лучше бы они мне живот обмерили» (перевод М. Лорие). – Прим. авт.

75

Томас Рид является основателем Шотландской школы здравого смысла. Рид верил, что здравый смысл (в особом философском понимании) является, или, по крайней мере, должен таковым стать, основой разрешения любой философской проблемы. Последователем школы был и Дугалд Стюарт.

76

Уильям Уэвелл впервые употребил слово «ученый» в печати в 1834 году в рецензии на книгу Мэри Сомервилль «Взаимосвязь физических наук». Он придумал его несколько лет назад, чтобы описать «джентльменов» из Британской ассоциации содействия развитию науки. Whewell, W. (1834), The Quarterly Review 51:54–68, p. 59.

77

Адам Седжвик (1785–1873) и Чарлз Лайель (1797–1875) считаются основоположниками современной геологии.

78

Тем не менее отголоски френологии можно обнаружить в деятельности Чезаре Ломброзо (1835–1909), который создал антропологическое направление в криминологии и уголовном праве, получившее впоследствии название «ломброзианство». Ломброзо выдвинул идею о «человеке-преступнике», обладающем патологической предрасположенностью к злодеяниям. Опознать такого человека, по мнению психиатра, можно по ряду внешних морфологических признаков (форма черепа, неправильное строение ушной раковины и пр.).

79

Роберт Максвелл Янг (1935–2019) – американский историк науки, специализирующийся на XIX веке (на дарвинизме); философ биологических и гуманитарных наук, психотерапевт.

80

Контралатеральный – расположенный на противоположной стороне или поражающий противоположную сторону тела.

81

В буквальном переводе «чистое действие» или «отдельное действие».

82

«Совместное действие».

83

Габриель Андраль (1797–1876) – французский медик-клиницист, патолог, один из основателей научной гематологии.

84

Сэмюэл Мортон (1799–1851) – американский врач, писатель, естествоиспытатель, выступавший против моногенизма (представление о едином происхождении всех рас). Мортон полагал, в том числе основываясь на своих краниологических измерениях, что Бог изначально создал совершенно различные расы (полигенизм). Впоследствии указания Мортона на интеллектуальное «превосходство» некоторых рас и сама идея полигенизма послужили почвой для укоренения и распространения расистских теорий и стереотипов.

85

В 1981 году биолог-эволюционист и палеонтолог Стивен Джей Гулд заявил, что измерения Мортона были слегка искажены, что и привело к результату, соответствовавшему расистским ожиданиям последнего. Тридцать лет спустя физические антропологи подвергли критике утверждение Гулда. А в 2014 году выводы антропологов, в свою очередь, тоже оспорили, и позиция Стивена Гулда, по-видимому, была подтверждена. Как бы то ни было, различия в размерах черепа и его вместимости говорят об интеллектуальных способностях разных групп не больше, чем шишки на головах. Gould, S. (1981), The Mismeasure of Man (New York: Norton); Lewis, J., et al. (2011), PLoS Biology 9:e1001071; Weisberg, M. (2014), Evolution & Development 16:166–78. – Прим. авт.

86

Как отметил Гитциг более 30 лет спустя, он фактически не стимулировал «глубокий мозговой центр». Вместо этого он нечаянно возбудил преддверно-улитковый нерв, который лежит у самой поверхности. Ученый с сожалением отметил: «Это не первый и не последний случай, когда ложное предположение приводит к обнаружению истинных фактов». Hagner, M. (2012), Journal of the History of the Neurosciences 21:237–49, p. 243, note 1. – Прим. авт.

87

Джозеф Листер (1827–1912) – крупнейший английский хирург и ученый, создатель хирургической антисептики. В честь Джозефа Листера был назван род бактерий листерия (Listeria), включающий патогенные виды для человека, в том числе и само название бактериальной инфекции – листериоз.

88

Коленный (пателлярный) рефлекс – безусловный рефлекс, сокращение четырехглавой мышцы бедра и разгибание голени в коленном суставе в ответ на раздражение сухожилия этой мышцы. У человека его вызывают нанесением удара перкуссионным молотком в область сухожилия четырехглавой мышцы.

89

Удаление, иссечение.

90

Дилижанс – многоместная карета для перевозки пассажиров и почты.

91

Гейдж в 1860 году стал страдать от приступов эпилепсии, и его здоровье постепенно ухудшалось.

92

Джон Аберкромби (1780–1840) – шотландский врач и публицист, известный своими исследованиями болезней головного и спинного мозга.

93

Речь идет о кругосветном путешествии, совершенном Дарвином в 1831–1836 годах, в результате которого ученый собрал богатейший фактический материал по зоологии и геологии. Само плавание Дарвин впоследствии описал в дневнике «Путешествие вокруг света на корабле “Бигль”».

94

Эта фраза была взята из лекции французского врача Пьера Жана Жоржа Кабаниса в 1790-х годах. Она приобрела известность во второй половине XIX века, когда немецкий зоолог Карл Фохт провозгласил, что «умственная деятельность – это просто функции мозга, или, грубо говоря, мысли относятся к мозгу, как желчь к печени или моча к почкам». Vogt, C. (1855), Köhlerglaube und Wissenschaft: eine Streitschrift gegen Hofrath Rudolph Wagner in Göttingen (Giessen: Rider), p. 32; Cabanis, J. (1815), Rapports du physique et du moral de l’homme, vol. 1 (Paris: Caille et Ravier), pp. 127–8.

95

Альфред Рассел Уоллес (1823–1913) – английский натуралист, путешественник, биолог и антрополог, последователь и соавтор Дарвина. Уоллес считается основоположником зоогеографии.

96

Линнеевское общество – всемирное научное общество, которого содействует изучению всех аспектов биологических наук, с особым упором на эволюционную теорию, таксономию и биологическое разнообразие. Общество издает четыре биологических журнала, ежегодно присуждает различные награды в области биологии.

97

Густав Теодор Фехнер (1801–1887) – немецкий психолог, один из первых представителей экспериментальной психологии, основоположник психофизиологии и психофизики.

98

Эктоплазма – в оккультизме и парапсихологии вязкая светлая субстанция загадочного происхождения, которая якобы выделяется (через нос, уши и т. д.) организмом медиума и служит затем основой для дальнейшего процесса материализации. Иногда упоминается как вещество, из которого состоят призраки.

99

Гомологичными в биологии называются части сравниваемых организмов, имеющие общее происхождение. Гомология противопоставляется аналогии, при которой органы не имеют общего происхождения, но имеют сходство. Так, крыло птицы гомологично руке человека и аналогично крылу насекомого.

100

Такое прозвище присвоили Хаксли за его яркие полемические выступления в защиту дарвиновской теории.

101

Хаксли, как и многие его современники, включая самого Дарвина, сочетал оппозиционное отношение к рабству со взглядами на мозг, которые колебались между наивностью и расизмом. В 1865 году Хаксли утверждал, что у белых людей мозг больше, чем у темнокожих, и что это приводит к различиям в умственных способностях. В результате, объяснял он, «ни один разумный человек, знакомый с фактами, не верит, что средний негр равен среднему белому». Хаксли пришел к выводу, что, несмотря на все усилия по устранению препятствий на пути прогресса, «высшие места в цивилизационной иерархии, несомненно, окажутся вне пределов досягаемости наших темных кузенов». Ученый полагал, что у женщин мозг меньше, чем у мужчин, и что это влияет на различие в способностях. Хотя Хаксли выступал против любой систематической дискриминации, это не означало, что он считал, будто мужчины и женщины или белые и черные люди имеют равные возможности – он просто хотел убедиться, что «несправедливость не добавляется к неравенству». Huxley, T. H. (1898) Collected Essays, vol 3: Science and Education (london: Macmillan), pp. 66–75.

102

Цит. по: Чарлз Дарвин. Происхождение человека и половой отбор / пер. Сеченова И. М. Москва.: Терра-Книжный Клуб, 2009. 784 с.

103

Анри-Луи Бергсон (1859–1941) – выдающийся французский философ, представитель интуитивизма и философии жизни, лауреат Нобелевской премии по литературе 1927 года. В 1907 году Бергсон опубликовал философский трактат «Творческая эволюция», в котором противопоставляет аналитическое, научное познание и познание интуитивное (инстинкт и интуиция). Не принижая значение и функциональность интеллекта, Бергсон тем не менее полагает, что материя есть «длительность», «течение», а не вещь.

104

Джон Хьюлингс Джексон (1835–1911) – известный английский невролог. Автор трудов о локализации проекционных двигательных центров коры головного мозга, об афазии и др. Именем Джексона названа описанная им форма эпилепсии.

105

Маршалл Холл (1790–1857) – английский врач-физиолог, один из первых неврологов. Холл в 1850 году ввел в науку понятие «рефлекторная дуга», а также разработал новый метод для осуществления искусственного дыхания.

106

Иван Михайлович Сеченов (1829–1905) – выдающийся русский ученый-естествоиспытатель, физиолог, педагог, просветитель. Создатель первой российской физиологической научной школы и естественно-научного материалистического направления в психологии. В 1866 году вышел основополагающий труд Сеченова «Рефлексы головного мозга», который выдержал 16 переизданий и был переведен на многие иностранные языки.

107

Здесь и далее цит по: Сеченов И. М. Рефлексы головного мозга. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 100 с.

108

Уильям Джеймс (1842–1910) – американский философ и психолог, один из основателей и ведущий представитель прагматизма и функционализма. Во многих учебных пособиях и научных работах называется «отцом современной психологии». Широкое распространение получила выдвинутая Джеймсом в 1884 году теория эмоций.

109

Герберт Спенсер (1820–1903) – английский философ и социолог, один из родоначальников эволюционизма, основатель «органической школы» в социологии; идеолог либерализма.

110

Вильгельм Вундт (1832–1920) – немецкий врач, физиолог и экспериментальный психолог. Вундт пытался понять человеческий разум, опираясь на научный и физиологический методы, то есть разбивая человеческое сознание на составные элементы и изучая их по отдельности.

111

Уильям Мак-Дугалл (1871–1938) – англо-американский психолог, один из основателей социально-психологических исследований. Мак-Дугалл ввел понятие «социальная психология», а также разработал собственную классификацию инстинктов. Он считал, что теоретической основой социальных наук должна быть «психология инстинктов». Это направление Мак-Дугалл назвал гормической психологией.

112

Эпифеномен – побочное явление, сопутствующее другим явлениям, но не оказывающее на них никакого влияния.

113

Другие названия: мотонейронная болезнь или боковой (латеральный) амиотрофический склероз.

114

Вибрационную терапию Шарко использовал для лечения болезни Паркинсона. Он разработал вибрационное кресло после того, как заметил, что пациенты, страдающие от этого заболевания, чувствуют себя более комфортно и спокойнее спят после поездки в вагоне поезда или прогулки в карете. Он повторил этот опыт, заставляя пациентов ежедневно проходить 30-минутные сеансы в автоматизированном вибрационном кресле (fauteuil trépidant). Жиль де ла Туретт расширил наблюдения Шарко и разработал шлем, который передавал вибрации голове, исходя из того, что на пульсации непосредственно реагировал сам мозг.

115

По современной классификации лунатизм (снохождение) относится к расстройствам парасомнического (связанного со сном) спектра. – Прим. науч. ред.

116

Существует широко известная грандиозная картина 1887 года, написанная Андре Бруйе, под названием «Клинический урок в Сальпетриер» (Une leçon clinique à la Salpêtrière), которая отражает политику гендерного неравенства, лежащую в основе этих событий. На ней изображено, как Шарко перед двумя десятками мужчин-медиков в темных костюмах гипнотизирует Витман, чья белая блузка соскользнула с плеч. Фрейду принадлежала гравюра с работой Бруйе. Morlock, F. (2007) Visual Resources 23:129–46. – Прим. авт.

117

Рудольф Петер Генрих Гейденгайн (1834–1897) – немецкий физиолог, гистолог. Основные научные работы Гейденгайна посвящены общей физиологии и электрофизиологии.

118

Николай Александрович Бубнов (1851–1884) – русский врач, физиолог и клиницист, ученик И. М. Сеченова и С. П. Боткина. Вместе с И. П. Павловым работал в боткинской клинической лаборатории. Бубнов скончался в возрасте 33 лет. Преждевременная смерть ученого была воспринята современниками как крупнейшая потеря отечественной физиологии и медицины.

119

Иван Петрович Павлов (1849–1936) – русский и советский ученый, физиолог, вивисектор, создатель науки о высшей нервной деятельности. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1904 года. Известен тем, что разделил всю совокупность физиологических рефлексов на условные и безусловные рефлексы, а также исследовал психофизиологию типов темперамента и свойства нервных систем, лежащие в основе поведенческих индивидуальных различий.

120

Во вступительной фразе биографии Павлова, написанной Даниэлем Тодесом, говорится, что великий русский ученый «никогда не пытался вызвать слюноотделение у собак звуком колокольчика». Todes, D. P. (2014), Ivan Pavlov: A Russian Life in Science (oxford: oxford University Press). – Прим. авт.

121

Индукция – процесс логического вывода на основе перехода от частного положения к общему.

122

Этот закон получил название закона Вебера – Фехнера.

123

Дэвид Юм (1711–1776) – шотландский философ, один из крупнейших деятелей Просвещения. Основной задачей философии Юм считал всестороннее изучение человека с позиции эмпиризма. Он видел в философии руководство для практической деятельности. Юм развил учение об опыте как потоке впечатлений. Проблему отношения бытия и духа считал неразрешимой.

124

Иммануил Кант (1724–1804) – выдающийся философ, родоначальник немецкого классического идеализма, оказавший сильнейшее влияние на развитие западноевропейской философской мысли. «Критика чистого разума» считается одной из наиболее фундаментальных работ в истории философии и главным сочинением мыслителя. Ключевой вопрос «Критики» – рассмотрение познавательной возможности разума, в отрыве от знаний, получаемых эмпирическим (опытным) путем. По ходу исследования философ освещает вопросы пространства и времени, возможности доказательства существования Бога посредством разума и др.

125

Кант именует эти особенности «априорными знаниями» или «априорными суждениями» (зависит от перевода).

126

Чарльз Скотт Шеррингтон (1857–1952) – английский физиолог и нейробиолог. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1932 года «за открытия, касающиеся функций нейронов». Шеррингтон ввел в нейрофизиологию понятие синаптической связи и сам в 1897 году впервые употребил термин «синапс».

127

Здесь и далее цит. по: Шеррингтон Ч. Интегративная деятельность нервной системы. Л.: Наука, 1969. 391 с.

128

В литературе принцип общего конечного пути также иногда именуется «воронкой Шеррингтона».

129

Крайне токсичное вещество, алкалоид, добываемый из семян чилибухи и некоторых других растений.

130

Ян Эвангелиста Пуркинье (1787–1869) – знаменитый чешский физиолог, анатом, общественный деятель. Сконструировал микротом, а также микроинструменты для манипуляций на живой клетке. Усовершенствованный им микроскоп позволил увидеть ядро в яйцеклетке. Пуркинье открыл крупные нейроны мозжечка (клетки Пуркинье), обнаружил кардиомиоциты (волокна Пуркинье), описал эффект сумеречного зрения (эффект Пуркинье). Также ученый считается основоположником дактилоскопии.

131

Роберт Ремак (1815–1865) – польский и немецкий эмбриолог, физиолог и нейролог. По мнению некоторых историков науки, Ремак первым открыл, что новые клетки образуются путем деления. Ремак обнаружил и описал безмиелиновые нервные волокна (ремаковское нервное волокно) и нервные клетки в сердце, часто называемые ганглиями Ремака.

132

Ремак был евреем и не смог стать профессором в немецком университете из-за репрессивного законодательства этой страны. Ремак вместе с Вирховым позже заметили, что у позвоночных одни нервные клетки покрыты белым веществом (тем, что сейчас называется миелином), а другие – нет. Это различие приводит к неравному распределению серого и белого вещества в мозге: серое вещество включает в себя бо́льшую часть тел нейронов и доминирует в коре. – Прим. авт.

133

Альберт фон Кёлликер (1817–1905) – швейцарский анатом, зоолог и гистолог. Особую известность ученому принесли его исследования в области нормальной микроскопической анатомии и гистологии.

134

Позже эту часть назовут аксоном.

135

Камилло Гольджи (1843–1926) – итальянский врач и ученый, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1906 года совместно с Сантьяго Рамон-и-Кахалем, «в знак признания их трудов о структуре нервной системы».

136

Вильгельм Гис (1831–1904) – швейцарский анатом, гистолог, эмбриолог. Гис положил начало теории парабласта – происхождения зародышевых пластов и развития из них тканей и органов у позвоночных животных.

137

Огюст Анри Форель (1848–1931) – известный швейцарский невропатолог, психиатр, мирмеколог, энтомолог и общественный деятель. Научные исследования Фореля многосторонни и посвящены различным темам: строению и отправлению центральной нервной системы человека, гипнотизму и другим психическим явлениям. Форель занимался систематикой, анатомией и биологией муравьев (он открыл и описал 1863 новых вида), а также был приверженцем евгеники.

138

Кармин – красный краситель, получаемый из карминовой кислоты, производимой самками насекомых кошенили.

139

Кампеш – красильное вещество, добываемое из кампешевого, или сандалового, дерева. Используется для окрашивания тканей главным образом в серый, синий и чёрный цвета.

140

Луи Антуан Ранвье (1835–1922) – французский врач-анатом, гистолог, открывший у позвоночных узлы (перехваты Ранвье) в периферической и центральной нервной системе – участки аксона, не покрытые миелиновой оболочкой.

141

Фритьоф Нансен (1861–1930) – норвежский полярный исследователь, ученый, доктор зоологии, основатель физической океанографии, политический и общественный деятель, гуманист, филантроп, лауреат Нобелевской премии мира за 1922 год. Именем Нансена названы географические и астрономические объекты, в том числе кратер на Северном полюсе Луны.

142

У фон Вальдейера был талант к созданию неологизмов. В 1888 году он ввел термин «хромосома» для описания загадочных струноподобных структур в клетке, выделявшихся при окрашивании (chromo some – «цветное тело»). – Прим. авт.

143

На сегодняшний день известны несколько типов передачи нервного импульса: от аксона к телу клетки; от аксона к дендриту; от тела клетки к телу клетки; от дендрита к дендриту и даже от аксона к аксону. – Прим. науч. ред.

144

Чарлз Белл (1774–1842) – шотландский физиолог и анатом, член Лондонского королевского общества. Среди его научных достижений одно из важнейших – открытие связи периферической нервной системы с определенными областями мозга. В 1811 году ученый формулирует теорию о том, что задние корешки спинного мозга отвечают за сенсорные функции, в то время как передние корешки отвечают за моторику. В 1822 году теория Белла была подтверждена французским физиологом Франсуа Мажанди, и функциональное разделение нервных ветвей спинного мозга сегодня известно как закон Белла – Мажанди.

145

Понятие «коннективность» (англ. connectivity – «связанность») в фундаментальной неврологии описывает взаимосвязь между структурами нервной системы, причем характер связи может быть различным. Выделяют структурную, функциональную и эффективную коннективность.

146

Пособие Дюваля «Анатомия для художников» (1881) до сих пор пользуется широкой популярностью.

147

Артур Кизс (1866–1955) – английский анатом, приматолог и антрополог. Кизсу принадлежит классический труд «Эмбриология и морфология человека» (1902). Исследователь занимался вопросами кардиологии (совместно с Дж. Макензи), в том числе врожденными пороками сердца; вместе с М. Флэком открыл синусно-предсердный узел (узел Кизса – Флэка) (1907). Кизс являлся представителем научного расизма и поддерживал идею расовой сегрегации.

148

Кураре (вурали) – южноамериканский стрельный яд растительного происхождения. Индейцы Гвианы бассейна реки Амазонка смазывали им концы стрел. Животное при ранении стрелой с кураре теряет подвижность и погибает от остановки дыхания. Алкалоиды (стрихнин и бруцин), входящие в кураре, биологически неактивны при попадании в организм через желудочно-кишечный тракт.

149

Генри Холлет Дейл (1875–1968) – английский физиолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1936 года «за открытия, связанные с химической передачей нервных импульсов». Кроме ацетилхолина, Дейл открыл гормон окситоцин, а в 1910 году – гистамин, медиатор аллергических реакций.

150

Спорынья́ (маточные рожки) – род грибов, паразитирующий на некоторых злаках, в том числе на ржи и пшенице.

151

Отто Лёви (1873–1961) – австрийско-немецкий и американский физиолог и фармаколог, удостоенный Нобелевской премии в 1936 году (совместно с Генри Дейлом) за открытие роли ацетилхолина в передаче нервных импульсов.

152

Цит. по: Спрингер С., Дейч Г. Левый мозг, правый мозг / пер. с англ. А. Н. Чепковой. М.: Мир, 1983. 256 с.

153

Бернард Кац (1911–2003) – британский биофизик и физиолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине за 1970 год. Основные исследования Каца касались нейрофизиологии: изучения передачи возбуждения от нервных клеток к мышечным волокнам. Бернард Кац доказал, что эта передача осуществляется с помощью молекул ацетилхолина при участии ионов кальция.

154

Клетки Реншоу представляют собой группу тормозных вставочных нейронов и содержатся в сером веществе спинного мозга. Торможение, осуществляющееся при участии клеток Реншоу, получило название возвратного постсинаптического торможения. Клетки Реншоу играют роль «ограничителей» или «регуляторов» системы альфа-мотонейронов и таким образом помогают предотвратить тетанус (непрерывное напряжение) и повреждение мышцы.

155

В качестве нейромедиатора клетки Рейншоу используют глицин.

156

Висцеральная мускулатура – гладкие мышцы внутренних органов.

157

В первом русском переводе, появившемся в 1924 году, в названии пьесы вместо «роботов» использовалось слово «работари».

158

Фамилия ученого, скорее всего, тоже не случайна: Россум четко ассоциируется с чешским словом rozum – «разум, рассудок».

159

Немой художественный фильм-антиутопия Фрица Ланга был поставлен по сценарию и роману немецкой актрисы Теи Габриэлы фон Харбоу.

160

Арчибальд Вивиен Хилл (1886–1977) – английский физиолог, один из основоположников биофизики и исследования операций. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1922 года (совместно с Отто Мейергофом) «за труды в области термодинамики мышечной деятельности».

161

Чарльз Джадсон Херрик (1868–1970) – американский нейробиолог, проводивший сравнительные исследования нервных систем у позвоночных.

162

Джон Бродес Уотсон (1878–1958) – выдающийся американский психолог, основатель теории бихевиоризма.

163

Фототаксис – двигательная реакция клеток и микроорганизмов в ответ на световой стимул. По характеру движения организма различают 2 основных типа: топотаксис и фоботаксис. При топотаксисе клетки направленно движутся к источнику света (положительный топотаксис) или от него (отрицательный); при фоботаксисе клетка меняет направление движения на обратное на границе участков с различной освещенностью (шоковая реакция, реакция «испуга»).

164

Беррес Фредерик Скиннер (1904–1990) – влиятельный американский психолог, изобретатель, писатель. Внес значительный вклад в развитие и популяризацию бихевиоризма. Скиннер наиболее известен своей теорией оперантного обусловливания – влияния последствий поведения (подкрепление/наказание) на само поведение. Именем исследователя назван ящик Скиннера (Skinner box) – лабораторный прибор, предназначенный для того, чтобы изучать принципы оперантного научения.

165

Стимпанк – направление научной фантастики, включающее технологию и декоративно-прикладное искусство, вдохновленное паровой энергией конца XIX века.

166

Шатун – подвижная деталь, соединяющая поршень и шатунную шейку коленчатого вала или движущих колес паровоза.

167

Гелиотропизм – форма фототропизма; дневное или сезонное движение частей растения (цветов или листьев) в ответ на направление солнечного света.

168

Фраза «псы войны» (англ. The Dogs of War) впервые встречается в пьесе Шекспира «Юлий Цезарь»: «На всю страну монаршим криком грянет: “Пощады нет!” – и спустит псов войны» (Уильям Шекспир. «Юлий Цезарь», действ. 3, явл. 1, перевод М. Зенкевича). Также в 1974 году английский писатель Фредерик Форсайт использовал выражение «псы войны» в качестве заголовка для своего романа. Идиома оказалась столь меткой, что стала нарицательным названием для любого рода наемных войск.

169

Якоб Иоганн Икскюль (1864–1964) – биолог, зоопсихолог и философ, один из основателей зоосемиотики и биосемиотики. Исследовал двигательные системы животных (главным образом беспозвоночных), физиологию мышечного сокращения и нервного возбуждения, а также другие вопросы сравнительной физиологии; автор концепции умвельта (Umwelt) и теории функционального круга (Funktionskreis). Работы Икскюля внесли существенный вклад в развитие представлений о единстве организма и среды. Учение Икскюля об окружающем животного мире послужило одной из теоретических основ этологии.

170

Рудольф Магнус в первую очередь известен как выдающийся физиолог. Его знаменитая работа «Установка тела» посвящена исследованию нейрофизиологических механизмов регуляции позы. За изучение этой темы Магнуса собирались номинировать на Нобелевскую премию в 1927 году, но он преждевременно скончался.

171

Кларк Леонард Халл (1884–1952) – американский психолог, представитель необихевиоризма, профессор Йельского университета. Халл разработал гипотетико-дедуктивный метод научного познания, а также является автором теории научения, считающейся одной из самых значительных теорий XX века.

172

Данный закон сформулировал американский физиолог Генри Боудич в 1871 году на основании опытов с раздражением желудочка сердца лягушки. – Прим. науч. ред.

173

Канцлер – руководитель высшего учебного заведения в США и странах Содружества (вице-канцлер).

174

Эдгар Эдриан был удостоин Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1932 году (совместно с Чарлзом Шеррингтоном) «за открытия, касающиеся функций нейронов».

175

«За открытия, касающиеся ионных механизмов возбуждения и торможения в периферических и центральных участках нервных клеток».

176

Вскоре они стали известны как «спайки» (англ. spike – «шип, всплеск, острие») из-за внешней формы, которую можно наблюдать при визуализации на специальном цилиндре, или бумаге, или, позже, на экране электронно-лучевого индикатора. – Прим. авт.

177

Ханс Бергер (1873–1941) – немецкий физиолог и психиатр, один из отцов метода электроэнцефалографии. В 1924 году ему удалось зафиксировать с помощью гальванометра на бумаге в виде кривой электрические сигналы от поверхности головы (а не непосредственно от самого мозга, как до него), генерируемые головным мозгом (сам факт генерации мозгом электрического тока открыл в 1875 году английский врач Ричард Катон). Альфа-волны мозговой активности, имеющие частоту 8–12 Гц, получили название ритма Бергера.

178

Principia Mathematica – трехтомный труд по логике и философии математики Альфреда Норта Уайтхеда и Бертрана Рассела, выпущенный в 1910, 1912 и 1913 годах. Монография написана на английском языке, но название дано на латыни. Название переводилось на русский как «Принципы математики», «Начала математики» и «Основания математики».

179

В 2018 году я спросил Джеймса Уотсона, одного из первооткрывателей двойной спирали ДНК, которому тогда было девяносто лет, встречался ли он когда-нибудь с Питтсом. Его слезящиеся глаза загорелись. «О да! – воскликнул ученый. – Он действительно был сумасшедшим». – Прим. авт.

180

Биофизика – раздел современной математической физики, изучающий биологические объекты как разновидность сложных нелинейных физических систем.

181

Клод Бернар (1813–1878 года) – французский медик, исследователь процессов внутренней секреции, основоположник эндокринологии. Прежде всего Бернар известен благодаря разработанной им концепции гомеостаза. Его формулировка «Постоянство внутренней среды – залог свободной и независимой жизни» остается актуальной и в настоящее время.

182

Дюссер де Баррен (1885–1940) – голландский нейропсихиатр. Основные исследования де Баренна посвящены изучению симпатической иннервации скелетных мышц, функций коры головного мозга и таламуса. Он разработал метод стрихнинной нейронографии, с помощью которого изучал локализацию сенсорных центров в коре головного мозга обезьян.

183

Норберт Винер (1894–1964) – американский математик, один из основоположников кибернетики и теории искусственного интеллекта.

184

Аддитивный (от лат. additio – «прибавляю») – относящийся к сложению.

185

Мультипликативный (от лат. multiplex – «сложный, многочисленный») – связанный с умножением, получаемый при умножении.

186

Теория игр – раздел прикладной математики, точнее исследования операций. Чаще всего методы теории игр находят применение в международных отношениях, экономике, чуть реже в других общественных науках – социологии, политологии, психологии, этике, юриспруденции. Начиная с 1970-х годов ее взяли на вооружение биологи для исследования поведения животных и теории эволюции. Очень важное значение она имеет для искусственного интеллекта и кибернетики, особенно с проявлением интереса к интеллектуальным агентам.

187

Двузначный в логике – имеющий возможные значения «истина» или «ложь».

188

Алан Мэтисон Тьюринг (1912–1954) – английский математик, логик, криптограф, оказавший существенное влияние на развитие информатики. Предложенная им в 1936 году абстрактная вычислительная «машина Тьюринга», которую можно считать моделью компьютера общего назначения, позволила формализовать понятие алгоритма и до сих пор используется во множестве теоретических и практических исследований. Научные труды Тьюринга – общепризнанный вклад в основания информатики (и, в частности, – теории искусственного интеллекта).

189

Лаборатории Белла (Bell Labs) – бывшая американская, а ныне финско-американская корпорация, крупный исследовательский центр в области телекоммуникаций, электронных и компьютерных систем.

190

Ванневар Буш (1890–1974) – американский ученый, инженер, разработчик аналоговых компьютеров. Буш был советник по науке при президенте Франклине Рузвельте. В 1945 году Буш опубликовал эссе «Как мы можем мыслить», в котором описал прообраз гипертекстового устройства Memex, в котором человек смог бы хранить свои книги, записи и контакты и которое «выдавало бы нужную информацию с достаточной скоростью и гибкостью». Концепция мемекса оказала большое влияние на разработку ранних гипертекстовых систем (что в итоге привело к созданию Всемирной паутины) и персональных баз данных.

191

Рафаэль Лоренте де Но (1902–1990) – американский врач, нейрогистолог (невролог) и нейрофизиолог. Основные научные работы исследователя посвящены морфологии и физиологии центральной нервной системы.

192

Это еще одна история, о которой вы можете прочитать в моей предыдущей книге «Величайшая тайна жизни» (Life’s Greatest Secret: The Race to Crack the Genetic Code). – Прим. авт.

193

Ipso facto (лат.) – тем самым.

194

Термин «нейронная сеть» впервые появился в рецензии на книгу о группе Рашевского (сам термин в книге не фигурирует). Reiner, J. (1947), Quarterly Review of Biology 22:85–6. – Прим. авт.

195

Макс Дельбрюк (1906–1981) – американский биофизик немецкого происхождения, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1969 году (совместно с Алфредом Херши и Сальвадором Лурия) «за открытия, касающиеся механизма репликации и генетической структуры вирусов». Дельбрюк начинал свою научную карьеру как физик, он, в частности, первым предсказал один из нелинейных эффектов квантовой электродинамики – дельбрюковское рассеяние.

196

Воспоминания участников различаются в том, как произносить название – либо как английское ratio [рэйшио] – «соотношение», «коэффициент», либо как латинское ratio [рацио], то есть «вычисление» или «разум». – Прим. авт.

197

Тесей – древнегреческий герой, который победил Минотавра в знаменитом критском лабиринте.

198

«Фестиваль Британии» – общее название национальных выставок, прошедших по всей Великобритании летом 1951 года. Фестиваль был организован правительством, чтобы дать народу чувство восстановления после войны и в целях содействия вкладу в науку, технологии, промышленный дизайн, архитектуру и искусство.

199

Шарль Пате – французский кинопромышленник, предприниматель, кинопродюсер, основатель фирмы Pathé. В 1908 году фирма начала выпускать регулярную кинохронику, серии научно-популярных фильмов. Шарль Пате активно помогал выпуску этих фильмов.

200

Уильям Росс Эшби (1903–1972) – английский психиатр, специалист по кибернетике, пионер в исследовании сложных систем.

201

Эшби подробно описал устройство гомеостата в своей книге «Конструкция мозга. Происхождение адаптивного поведения».

202

Гилберт Райл (1900–1976) – английский философ, один из основоположников лингвистической философии. В основном известен критикой картезианского дуализма, для которой он ввел термин «дух в машине».

203

Речь идет об одноименной драме 2014 года режиссера Мортена Тильдума, в которой роль Алана Тьюринга исполнил Бенедикт Кембербетч.

204

Здесь и далее цит. по: А. Тьюринг. Может ли машина мыслить? / пер. и примечания Ю. В. Данилова. М., 1960. 67 с.

205

«Лекции Рейта» – это серия ежегодных радиолекций, читаемых выдающимися деятелями того времени по заказу BBC и транслируемых по радио. Лекции начали проводиться с 1948 года в ознаменование исторического вклада, внесенного в общественное вещание сэром Джоном Рейтом, первым генеральным директором корпорации.

206

Предположительно, первое официальное употребление слова «нейробиология» произошло в 1962 году на встрече в рамках «Программы исследований нейробиологии» Фрэнсиса О. Шмитта, которая была организована Массачусетским технологическим институтом.

207

Параферналия – совокупность снаряжения, оборудования, принадлежностей, используемых для занятий определенного рода, и, как следствие, являющихся отличительными чертами этих занятий.

208

Височная эпилепсия – одна из форм эпилепсии, при которой очаг эпилептической активности локализуется в височной доле головного мозга. Заболевание характеризуется простыми и сложными парциальными эпи-приступами, а при дальнейшем развитии – вторично-генерализованными припадками и психическими расстройствами.

209

Посмотрите. Это совершенно правильное слово. – Прим. авт.

210

Карл Спенсер Лешли (1890–1958) – американский психолог и физиолог, специалист в области поведенческой психологии и нейропсихологии. Результаты экспериментов Лешли были опубликованы в 1929 году в его книге «Механизмы мозга и интеллект» (Brain Mechanisms and Intelligence), где ученый отстаивает два важнейших принципа: массовое действие и эквипотенциальность (равноценность). Отвергая принцип локализации рефлекторных, в том числе условно-рефлекторных актов, Лешли выступил против учения И. П. Павлова. В дальнейшем он отказался от своей крайней позиции и принципа эквипотенциальности любых частей мозга в выработке навыков и решении интеллектуальных задач.

211

Слово «инграмма», означающее физический след памяти, в немецком языке было создано зоологом Рихардом Земоном в 1904 году и впервые появилось в английском языке в переводе его книги «Мнемизм» в 1921 году. – Прим. авт.

212

Эта находка вошла в массовую культуру через роман Филипа Дика «Мечтают ли андроиды об электроовцах?» (Он был положен в основу фильма «Бегущий по лезвию»), где люди используют «модулятор настроения Пенфилда», чтобы вызвать эмоции в себе и других.

213

Дословно ее можно перевести как «клетки, “выстреливающие” вместе, прочно связаны».

214

Энторинальная кора – часть коры головного мозга, расположенная в височной доле.

215

В 2016 году журналист Люк Дитрих (внук Сковилла) поднял ряд этических вопросов о том, как ученые относились к Г. М., сосредоточившись на роли Сюзанны Коркин. Эти вопросы касались в первую очередь конфликта интересов, вопросов согласия и права собственности на данные, включая предполагаемое уничтожение данных Коркин о к Г. М. Психологи в ответ решительно защищали поведение исследовательницы. Dittrich, l. (2016), Patient H. M. – A Story of Memory, Madness, and Family Secrets (London: Chatto & Windus). – Прим. авт.

216

Джон О’Киф (род. 1939) – американско-британский нейрофизиолог, профессор Института когнитивной неврологии и кафедры анатомии Университетского колледжа Лондона. Член Лондонского королевского общества (1992). Известен открытием нейронов места в гиппокампе и обнаружением того, что они осуществляют временную кодировку в виде тета-ритма. В 2014 году он разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине вместе с Мей-Бритт Мозер и Эдвардом Мозером «за открытие системы клеток в мозге, которая позволяет ориентироваться в пространстве».

217

Энторинальная кора, расположенная в височной доле, относится к гиппокамповой формации, куда входит собственно гиппокамп, а также несколько других структур, которые указываются по-разному в разных классификациях.

218

Формулировка комитета: «за открытия, связанные с передачей сигналов в нервной системе».

219

Уменьшение трансмембранной разницы потенциалов.

220

Аплизии – представители заднежаберных моллюсков. Они характеризуются положением жабр на правой стороне тела под складкой мантии (в мантийной полости).

221

Мутации гена dunce ведут к «укорочению памяти».

222

Под консолидацией (лат. consolidatio – «укpепление, уплотнение») понимают пpоцесс пеpехода поступившей в мозг инфоpмации из кpатковpеменной памяти в долговpеменную.

223

В 1903 году Рене Проспер Блондо, французский физик, объявил об открытии N-лучей, которые впоследствии оказались вымыслом. По его словам, N-лучи усиливали способность глаз видеть слабо освещенные предметы. Он заявил также, что сконструировал спектроскоп для N-лучей, оснащенный алюминиевой призмой и линзами. Блондо даже был удостоен Премии Леконта. Ошибочные представления Блондо опроверг Роберт Вильямс Вуд. Об этом случае подробно рассказывается в книге книге Вильяма Сибрука «Роберт Вильямс Вуд: современный чародей физической лаборатории».

224

Долговременная депрессия также возникает в ответ на высокочастотное раздражение и проявляется в виде длительного ослабления синаптической передачи.

225

Технология оптогенетики впервые была продемонстрирована летом 2005 года.

226

Астроцит – глиальная клетка звездчатой формы. Глия (нейроглия) – совокупность клеток нервной системы, не являющихся нейронами, а играющих опорную и регуляторную функцию. – Прим. науч. ред.

227

Полагали, что дофамин является одним из химических факторов внутреннего подкрепления (ФВП) и служит значимым компонентом системы вознаграждения мозга, так как вызывает чувство удовольствия (или удовлетворения), чем влияет на процессы мотивации и обучения. Однако это мнение, широко распространенное в обыденном сознании и популяризированное СМИ, ошибочно. Последние исследования показывают, что дофамин не вызывает чувства удовольствия или удовлетворения, а создает сильное ощущение предвкушения от получения результата или нежелания его получения, подобное тому, которое испытывают люди перед оргазмом или при сильном отвращении.

228

Вернон Бенджамин Маунткасл (1918–2015) – невролог из университета Джонса Хопкинса. Он открыл и характеризовал модульный принцип организации коры головного мозга в 1950-х годах. Это открытие было столь значительным, что практически все теории о сенсорных функциях, возникшие после публикации Маунткасла о соматосенсорной коре, используют модульную организацию как основу.

229

Это был один из последних научных трудов Уолтера Питтса. Видимо, глубоко взволнованный разрывом с Винером несколькими годами ранее, ученый все больше пил и умер в 1969 году, в возрасте всего сорока шести лет. – Прим. авт.

230

Вероятно, отсылка к повести «Шинель» Н. В. Гоголя, главного героя которой зовут Акакий Акакиевич Башмачкин.

231

В СССР – Юрий Маврикиевич Конорский.

232

Сам метод называется «регистрация отдельных единиц».

233

У обезъяны, как и человека, изображение видимых предметов формируется на сетчатке глаза по закону оптики (например, как в матрице фотоаппарата) – в уменьшенном и перевернутом виде. Поступающая зрительная информация существенно обрабатывается мозгом: сначала по отдельности для каждого глаза, а потом синтезируется в одно объемное изображение, с цветовой коррекцией и выделением объектов. Во время такой обработки изображение принимает «правильное» положение: верх становится верхом, а низ – низом.

234

По-видимому, аналогичные идеи возникали у исследователей и раньше. См.: Mishkin, M., Ungerleider, L. G., & Macko, K. A. (1983). Object vision and spatial vision: two cortical pathways. Trends in neurosciences, 6, 414–417. – Прим. науч. ред.

235

Речь идет о задней теменной коре. – Прим. науч. ред.

236

Имеется в виду нижневисочная кора. – Прим. науч. ред.

237

Фрэнсис Крик назвал свою гипотезу «центральной догмой молекулярной биологии».

238

Циркадные (циркадианные) ритмы (от лат. circa «около, кругом» + dies «день») – циклические колебания интенсивности различных биологических процессов, связанные со сменой дня и ночи. Период циркадных ритмов обычно близок к 24 часам. Несмотря на связь с внешними стимулами, циркадные ритмы имеют эндогенное происхождение, представляя, таким образом, биологические часы организма.

239

Экспрессия генов – процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт – РНК или белок.

240

Однако система редактирования CRISPR/Cas9 в настоящий момент несовершенна, так как в результате ее работы существует вероятность неправильного связывания sgРНК и возникновения нецелевых эффектов, в результате чего появляются случайные разрезы ДНК и, как следствие, инсерции и делеции. Над системой активно работают во многих лабораториях.

241

Термин «коннектом» был предложен в 2005 году независимо друг от друга исследователями Олафом Спорнсом и Патриком Хэгмэнном. Аксоны, иннервирующие мышцы ушных раковин у мыши.

242

Некоторые исследователи называют коннектомом карту связей не всего организма, а его части. Так, в 2009 году было опубликовано исследование коннектома аксонов, иннервирующих межщитковые мышцы ушных раковин мыши (англ. interscutularis muscle connectome).

243

Проекционные (релейные) нейроны, как правило, имеют длинные аксоны, с помощью которых эти клетки могут передавать переработанную информацию отдаленным областям мозга.

244

Секвенирование (от лат. sequentum – «последовательность») – общее название методов, позволяющих определить последовательность нуклеотидов и аминокислот в молекулах ДНК и РНК.

245

Труд Уильяма Гарвея «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных» (Exercitatio anatomica de motu cordis et sanguinis in animalibus) был опубликован в 1628 году во Франкфурте. В нем ученый впервые сформулировал свою теорию кровообращения и привел экспериментальные доказательства. Измерив величину систолического объема, частоту сокращений сердца и общее количество крови в теле овцы, Гарвей доказал, что за 2 минуты вся кровь должна пройти через сердце, а в течение 30 минут через орган проходит количество крови, равное весу животного. Отсюда следовало, что, вопреки утверждениям Галена о поступлении к сердцу все новых и новых потоков крови от вырабатывающих ее органов, кровь возвращается к сердцу по замкнутому циклу. Замкнутость же цикла обеспечивают мельчайшие трубочки – капилляры, соединяющие артерии и вены.

246

Интегративное свойство – это новое свойство, которое формируется при согласованном взаимодействии элементов, объединенных в структуру, и которым элементы по отдельности не обладали.

247

Эмерджент (от лат. emerge – «появляюсь, возникаю») – новое качество (вещь, явление, процесс), рождающееся как бы из ничего и внезапно, безо всяких видимых поводов, условий и причин.

248

Флуктуация (от лат. fluctuatio – «колебание») – любое случайное отклонение какой-либо величины.

249

Аттрактор (англ. attract – «привлекать, притягивать») – множество состояний (точнее – точек фазового пространства) динамической системы, к которому она стремится с течением времени.

250

Также – центральные генераторы ритма или ритмической активности.

251

Ганглий – совокупность нейронов.

252

Да, это правда. – Прим. авт.

253

Яков Ильич Френкель (1894–1952) – советский физик-теоретик. В 1926 году вышла работа Френкеля, в которой была представлена теория о новом типе дефектов кристаллической решетки, за которыми в литературе закрепилось наименование «дефектов по Френкелю».

254

Цит. по: Френкель В. Я. Яков Ильич Френкель. М.; Л., 1966. С. 437.

255

Пандемониум – место, сбор всего развратного, греховного в подземном мире, другими словами – ад. Такое название носит столица ада в поэме Мильтона «Потерянный рай». В Пандемониуме живут разнообразные демоны.

256

Название используется и в качестве нарицательного существительного.

257

Здесь и далее цит. по: Марр Д. Зрение: информационный подход к изучению представления и обработки зрительных образов / пер. Н. Г. Гуревич. М.: Радио и связь, 1987. 400 с.

258

Так и есть. – Прим. авт.

259

Точка зрения Марра о птичьем крыле, ставшая известной среди нейробиологов, на самом деле отсылка к высказыванию Барлоу. В 1961 году Барлоу высказался в пользу более нейроноцентричного взгляда на функции, указав, что без полного понимания мускулатуры птицы, силы и легкости ее перьев нельзя было бы узнать, как она может летать. Barlow, H. (1961), in W. Rosenblith (ed.), Sensory Communication (Cambridge, MA: MIT Press), pp. 217–34. – Прим. авт.

260

Оптическая иллюзия, открытая психологом Эдгаром Рубином в 1915 году. На изображении кто-то видит черные человеческие лица в профиль, а кто-то – белую вазу.

261

Алгоритм XDReAM (EXtending DeepDream with real-time evolution for Activation Maximization) был разработан аспирантом Гарвардского университета Уильямом Сяо. Результаты эксперимента, проведенного на макаках, были опуликованы в 2019 году.

262

Чарльз Эдвард Коннор (род. в 1959) – американский нейробиолог, внесший значительный вклад в проблему изучения синтеза объектов в высших зрительных зонах (третичной зрительной коре), ответственных за детекцию сложных образов, в том числе за распознавание лиц.

263

Имеется в виду зрительная аура, фаза приступа мигрени до начала головной боли, когда перед взором могут возникать различные зрительные феномены – от простых вспышек света до сложных картин. – Прим. науч. ред.

264

Дэвид Эверетт Румельхарт (1942–2011) – американский ученый, внесший значительный вклад в изучение человеческого сознания и во многом определивший ряд направлений развития когнитивной науки в 1970-е годы. Научная работа Румельхарта была связана с такими направлениями, как искусственный интеллект, математическая психология, параллельные вычислительные процессы. Наибольший научный резонанс получили его исследования, связанные с вопросами научения и памяти в семантических нейронных сетях. Представитель коннекционистского подхода в когнитивной науке.

265

Глубокое обучение – совокупность методов машинного обучения, основанных на обучении представлениям, а не специализированным алгоритмам под конкретные задачи.

266

Го – логическая настольная игра, возникшая в Древнем Китае. В го играют на прямоугольном поле, расчерченном вертикальными и горизонтальными линиями. Играют два игрока, один из которых получает черные камни, другой – белые. Цель игры – отгородить на игровой доске камнями своего цвета бо́льшую территорию, чем противник.

267

Нейроны решетки (англ. grid cells, от grid «(координатная) сетка, решетка»; существуют различные варианты перевода данного термина на русский язык: «координатные нейроны», «клетки решетки», «решетчатые нейроны», «нейроны координатной сетки») – один из видов нейронов в энторинальной коре головного мозга млекопитающих. Нейроны решетки активируются, когда животное пересекает узлы воображаемой координатной сетки в пространстве, в котором оно находится. Сетка состоит из шестиугольников и похожа на пчелиные соты.

268

Грибовидные тела – парные структуры в мозге насекомых и других членистоногих, состоящие из нескольких слоев нейронов и представляющие собой центры интеграции поступающей от разных анализаторов информации. – Прим. науч. ред.

269

Возможно, и у вас имеется такой опыт. Похожий случай произошел со мной в восемь лет: я заболел после того, как съел цветную капусту. Мне было уже за тридцать, когда я снова смог есть эту дрянь. – Прим. авт.

270

Карго-культ, или культ Даров небесных, – термин, которым называют группу религиозных движений в Меланезии. В культах карго верят, что западные товары созданы духами предков и предназначены для меланезийского народа.

271

Хотя в некоторых случаях нейромодуляторы могут вызывать обратные эффекты в биологических системах, подавляющий объем нейрональной активности формируется классическими потенциалами действия дендрит-аксон, что не похоже на модели PDP, которые обычно используют симметричные обратные и прямые эффекты. Jansen, R., et al. (1996), Journal of Neurophysiology 76:4206–9. – Прим. авт.

272

Сигнальные молекулы газообразных веществ – это молекулы таких химических соединений, которые при температуре тела и нормальном атмосферном давлении находились бы в газообразном агрегатном состоянии, будучи выделены в свободном виде. Такие молекулы выполняют в организме, ткани или клетке сигнальные функции, вызывая своим воздействием физиологические или биохимические изменения и/или участвуя в регуляции и модуляции физиологических и биохимических процессов. Некоторые из сигнальных молекул газообразных веществ (СМГВ) образуются эндогенно, то есть в самом организме, некоторые другие, как, например, кислород, поступают извне.

273

Английское слово genesis можно перевести и как «происхождение», и как «бытие», именно в последнем значении оно фигурирует в названии первой книги Пятикнижия, к которому отсылает название труда исследователей.

274

Плотность каналов значительно варьирует в разных живых клетках. На один квадратный микрометр мембраны приходится от одного до двух тысяч ионных каналов.

275

Данный термин подразумевает, что ученый, использующий компьютерную модель, часто не знает в точности, какого именно рода вычислительные процессы происходят в компьютере.

276

То есть подход, согласно которому анализ осуществляется с нижних ступеней какой-либо иерархии.

277

Semantic Pointer Architecture Unified Network – англ. «единая сеть архитектуры семантического указателя».

278

Математические интересы Байеса относились к теории вероятностей. Он сформулировал и решил одну из основных задач этого раздела математики (теорема Байеса). Работа, посвященная данной задаче, была опубликована в 1763 году, посмертно. Формула Байеса, дающая возможность оценить вероятность событий эмпирическим путем, играет важную роль в современной математической статистике и теории вероятностей. Другая крупная его работа – «Очерки к решению проблемы доктрины шансов». Используется терминология: байесовская вероятность, байесовская сеть доверия, байесовская оценка решения, байесовское программирование и т. п.

279

Ричард Лэнгтон Грегори (1923–2010) – британский психолог и профессор нейропсихологии, работавший в Бристольском университете. Основной научный вклад Грегори заключался в развитии когнитивной психологии, в частности теории визуального предположения (перцептивной гипотезы), основы которой были заложены еще в работах Германа фон Гельмгольца и его ученика Вильгельма Вундта.

280

Клод Элвуд Шеннон (1916–2001) – американский инженер, криптоаналитик и математик. Считается «отцом информационного века». Является основателем теории информации, нашедшей применение в современных высокотехнологических системах связи. Предоставил фундаментальные понятия, идеи и их математические формулировки, которые в настоящее время формируют основу для современных коммуникационных технологий. В 1948 году предложил использовать слово «бит» для обозначения наименьшей единицы информации. Статьи Шеннона «Математическая теория связи» и «Теория связи в секретных системах» считаются основополагающими для теории информации и криптографии.

281

Первая кортикальная область, куда попадают сигналы (нервные импульсы), – первичная зрительная кора (V1). V1 расположена в заднем полюсе затылочных долей, это самая древняя и простая из кортикальных зон и наиболее изученная. V1 обрабатывает информацию о движущихся и статичных объектах, отвечает за распознавание простых образов (например, геометрических форм).

282

Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) – метод воздействия на мозг магнитным полем, создаваемым специальным прибором посредством электродов разной формы. Используется с диагностическими и лечебными целями. – Прим. науч. ред.

283

Эти насекомые очень похожи на ос своим черно-желтым, полосатым окрасом. Однако журчалки – представители семейства двукрылых, то есть являются мухами.

284

Ктыри (лат. Asilidae) – семейство хищных двукрылых насекомых. Активные хищники, имеющие большие глаза и стройное, как правило, удлиненное и в коротком густом опушении тело. Ктыри внешне напоминают стрекоз, однако меньше их по размеру.

285

Хвостатое ядро – это скопление нейронов, которое входит в систему базальных ганглиев (базальных или подкорковых ядер) головного мозга. В ядро поступает много импульсов от областей коры, объединяющих различные виды информации о внешнем мире и положении самого тела. Совместно с корой оно составляет план движения и контролирует его выполнение.

286

Роберт Гэлбрайт Хит (1915–1999) – американский психиатр. Сторонник теории биологической психиатрии, утверждающей, что единственной причиной психических недугов являются органические поражения головного мозга и, следовательно, любые ментальные расстройства можно вылечить, воздействуя напрямую на мозг физическими методами.

287

Кататония – комплекс психомоторных и вегетативных нарушений, при котором может наблюдаться ступор, «застывание» в одной позе, полное отсутствие речи или бесцельное повторение слов и действий, гримасничанье и другие симптомы.

288

Септальная область – образование головного мозга, расположенное в треугольнике между сводом мозга и мозолистым телом. Анатомически и функционально входит в состав лимбической системы.

289

Эти зоны мозга получили название «центров удовольствия».

290

На самом деле как минимум две области: лечение болезни Паркинсона и купирование тяжелых хронических болевых синдромов. – Прим. науч. ред.

291

Альберт Хофман (1906–2008) – швейцарский химик и литератор, широко известный как «отец ЛСД». Хофман является автором более 100 научных работ и автором или соавтором нескольких книг, включая его книгу «ЛСД – мой трудный ребенок», являющуюся частично автобиографией и содержащую описание известного велосипедного путешествия.

292

Осмонд и Смитис придумали термин «галлюциноген». – Прим. авт.

293

Мескаль – напиток, получаемый путем дистилляции ферментированного сока агавы. – Прим. авт.

294

Bad trip («отчаянное путешествие») – сленговое выражение, описывающее негативные, потенциально опасные для психики переживания, которые могут возникать во время психоделического опыта, обычно вызванного приемом психоактивных веществ группы психоделиков. – Прим. науч. ред.

295

«Страх и отвращение в Лас-Вегасе. Дикое путешествие в сердце Американской мечты» (англ. Fear and Loathing in Las Vegas: A Savage Journey to the Heart of the American Dream) – скандальный роман американского гонзо-журналиста и писателя Хантера Томпсона, вышедший в 1971 году. Роман является сатирой на понятие американской мечты и полон завуалированных отсылок и аллюзий на поп-культуру и исторические события 1960-х (война во Вьетнаме, убийство Джона и Роберта Кеннеди, фильм «Беспечный ездок»), упоминаются многие важные личности того времени (Чарльз Мэнсон, Грейс Слик, Линдон Джонсон, Том Джонс, лейтенант Келли, Ричард Никсон и т. д.). В книге нет четкого повествования, оно часто погружается в сюрреализм, но подробно описывает галлюцинации главного героя и наркотический эффект от различных веществ.

296

Первый бензодиазепин, хлордиазепоксид, был синтезирован в 1955 году Лео Стернбахом во время работы в Hoffmann – La Roche по разработке транквилизаторов. Фармакологические свойства первоначально полученных соединений были неутешительными, и Стернбах прекратил проект. Два года спустя, в апреле 1957 года сотрудник Эрл Ридер во время генеральной уборки в лаборатории заметил «красивое кристаллическое» соединение, оставшееся после закрытого проекта. Это соединение, позже получившее название хлордиазепоксид, не было испытано в 1955 году, так как Стернбах сосредоточился на других исследованиях. Но позже, при испытаниях на животных, у этого вещества обнаружились очень сильные седативный, противосудорожный и миорелаксирующий эффекты. Эти данные привели к его быстрому внедрению в клиническую практику во всем мире в 1960 году под торговой маркой «Либриум».

297

Арвид Карлссон (1923–2018) – шведский фармаколог. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине за исследование свойств нейромедиатора дофамина и его воздействия на пациентов с болезнью Паркинсона.

298

Афферентные волокна – это нервные волокна, проводящие импульсы (обычно боль или рефлекторные ощущения) от внутренних органов, желез и кровеносных сосудов в центральную нервную систему.

299

Гамма-аминомасляная кислота синтезируется в мозге из глутаминовой кислоты. Важнейший тормозной нейромедиатор центральной нервной системы человека и других млекопитающих.

300

Гистохимия – раздел гистологии, изучающий локализацию различных химических веществ и продуктов их метаболизма в тканях. Некоторые методы окрашивания позволяют выявлять в клетках те или иные химические вещества.

301

Биогенные амины – это вещества, образующиеся в организме животных или растений из аминокислот и обладающие высокой биологической активностью. Выполняют функции гормонов и нейромедиаторов.

302

Ингибитор (лат. inhibere «задерживать») – общее название веществ, подавляющих или задерживающих течение физиологических и физико-химических (главным образом ферментативных) процессов.

303

Вторичные мессенджеры, или вторичные посредники, – это внутриклеточные сигнальные молекулы, высвобождаемые в ответ на стимуляцию рецепторов и вызывающие активацию первичных эффекторных белков. Вторичные посредники, как правило, являются малыми небелковыми молекулами. Например, к молекулам вторичных мессенджеров относятся циклический АМФ, циклический ГМФ, инозитолтрифосфат, диацилглицерин, кальций, оксид азота (II).

304

Пол Грингард (1925–2019) – американский ученый, нейробиолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии или медицине 2000 года. Профессор Рокфеллеровского университета. Известен работами по молекулярной биологии и клеточной функции нейронов.

305

Эрл Уилбур Сазерленд (1915–1974) – американский физиолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии или медицине в 1971 году «за открытия, касающиеся механизмов действия гормонов».

306

Эдвин Герхард Кребс (1918–2009) – американский биохимик, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1992 года «за открытия, касающиеся обратимого белкового фосфорилирования как механизма биологической регуляции».

307

Кембрийский взрыв – условное название явления, результатом которого стало резкое увеличение количества ископаемых останков живых существ в отложениях, соответствующих началу кембрийского периода (около 540 млн лет назад).

308

Премия Ласкера – американская премия в области медицинских наук, которую вручают с 1946 года и рассматривают как «вторую Нобелевскую для США».

309

Аверсивный (от лат. aversatio – «отвращение») – вызывающий неприязнь или отвращение. Аверсивным считается любой стимул, в ответ на который организм вырабатывает некоторую реакцию, ведущую к избеганию или предотвращению этого стимула.

310

Рекреационное использование психоактивных веществ представляет собой периодическое нерегулярное или эпизодическое употребление психоактивных веществ, не связанное с медицинскими показаниями, для получения удовольствия или в иных целях.

311

Опиаты – наркотические алкалоиды опиума. Существуют и опиоиды – группа препаратов, оказывающих на организм человека эффект, похожий на действие опия, тоже являющиеся агонистами опиатных рецепторов. Часто опиатами называют алкалоиды мака и его производные, а опиоидами – их синтетические и полусинтетические производные и аналоги. К опиатам относятся как естественные алкалоиды опиума (например, морфин, кодеин, тебаин, наркотин), так и их полусинтетические производные (такие как героин (диацетилморфин), дигидрокодеин, дезоморфин).

312

Вольфрам Шульц (род. 1944) – немецко-британский нейробиолог, профессор неврологии и ведущий научный сотрудник научного фонда Wellcome Trust в Кембриджском университете.

313

Психические расстройства и расстройства поведения описываются в разделе V Международной классификации болезней 10-го пересмотра, разработанного Всемирной организацией здравоохранения (в России эта классификация принята с 1997 года).

314

«Серотониновая» теория депрессии была предложена И. П. Лапиным и Г. Ф. Оксенкругом в 1969 году. – Прим. науч. ред.

315

Пожалуйста, если вам назначили СИОЗС или любое другое лекарство от проблем с психическим здоровьем, не прекращайте их прием без предварительной консультации с врачом. – Прим. авт.

316

Персистирующий (лат. persisto – «постоянно пребывать, оставаться») – хронический, длительно текущий процесс.

317

В книге «Анатомия меланхолии», вышедшей в 1621 году, Ричард Бертон описал, как гуморы (влаги) и ум взаимодействуют, вызывая симптомы меланхолии.

318

Цит. по: Плат С. Под стеклянным колпаком / пер. В. Л. Топорова. СПб.: Северо-Запад, 1994. 342 с.

319

Сведения об эффективности ЭСТ разнородны, однако, согласно отчету Главного медика США от 1999 года о состоянии психического здоровья нации, ЭСТ эффективна в 60–70 % случаев при лечении тяжелых депрессий, некоторых острых психотических состояний, тяжелой мании. – Прим. науч. ред.

320

Кетамин применяется в качестве средства для наркоза в медицине и ветеринарии. Реже используется как обезболивающее (прежде всего в экстренной медицине и у пациентов с противопоказаниями к применению опиоидных и барбитуратных анальгетиков) и для лечения бронхоспазма.

321

Слово target в переводе с английского означает «мишень» или «цель». Воздействие таргетных препаратов нацелено на биомолекулы-мишени, играющие ключевую роль в развитии заболеваний.

322

Идея о строгой локализации функций в коре головного мозга имеет сторонников и противников, однако до сих пор в практической неврологии в целях топической диагностики пользуются картой полей Корбиниана Бродмана. К. Бродман, немецкий анатом и невролог, в 1909 году описал 52 цитоархитектонических поля, представляющих собой отделы коры больших полушарий головного мозга, характеризующиеся особенностями строения на клеточном уровне. – Прим. науч. ред.

323

Первые математические алгоритмы для КТ были разработаны в 1917 году австрийским математиком Иоганном Радоном (преобразование Радона). В 1963 году Кормак повторно (но отличным от Радона способом) решил задачу томографического восстановления.

324

Наилучшая разрешающая способность у мультисрезового КТ-аппарата (64 слоя одновременно) составляет 0,4 мм. – Прим. науч. ред.

325

Концепция эмиссионной томографии была предложена еще в конце 1950-х годов. Авторы концепции Дэвид Э. Кул, Люк Чепмен и Рой Эдвардс.

326

Метод позволяет зарегистрировать активность в регионе шириной 0,4 мм, соотвествующем размерам колонки нейронов. – Прим. науч. ред.

327

Оксигенация – это уровень насыщенности или сатурации гемоглобина крови кислородом.

328

Если вы вдруг засомневались, речь здесь идет просто о том, как различия в уровнях оксигенации крови представлены на экране. Мозг не светится. – Прим. авт.

329

Воксели являются аналогами двумерных пикселей для трехмерного пространства. Воксельные модели часто используются для визуализации и анализа медицинской и научной информации.

330

Никос Логотетис (род. 1950) – греческий нейробиолог. Логотетис изучает зрительное восприятие и распознавание объектов. Логотетис руководил факультетом физиологии когнитивных процессов в Институте биокибернетики Макса Планка в Тюбингене с 1996 по 2020 год.

331

Рассел Алан Полдрак (род. 1967) – американский психолог и нейробиолог. Профессор психологии в Стэнфордском университете, член Стэнфордского института нейробиологии и директор Стэнфордского центра воспроизводимой нейробиологии.

332

Шнобелевская премия – пародия на престижную международную награду – Нобелевскую премию. Десять Шнобелевских премий вручаются в начале октября, то есть в то время, когда называются лауреаты настоящей Нобелевской премии, – «за достижения, которые заставляют сначала посмеяться, а потом – задуматься».

333

Валидность (от лат. validus – «сильный, здоровый, достойный») – обоснованность и пригодность применения методик и результатов исследования в конкретных условиях. Более прикладное определение понятия «валидность» – мера соответствия методик и результатов исследования поставленным задачам.

334

В оригинале «carve nature at its joints» – отсылка к сократическому диалогу «Федр» Платона: «…способность разделять все на виды, на естественные составные части, стараясь при этом не раздробить ни одной из них, как это бывает у дурных поваров» (Федр, 265е).

335

Изначально змеиное масло – средство народной медицины, которое получали, отваривая змей в воде или масле. Змеиное масло пришло в США в XIX веке с китайскими рабочими и стало брендом, под которым выпускались снадобья, не содержащие змей, поддельные (без действующего вещества) или действующие, но рекламировавшиеся едва ли не как панацея. Многие из подобных «лекарств» содержали наркотические вещества: спирт, кокаин или опий. Отсюда змеиное масло в переносном смысле – недействующее лекарство, пустышка, а продавец змеиного масла – человек, сознательно сбывающий поддельные снадобья, то есть шарлатан.

336

Да, цифры верны. – Прим. авт.

337

Редукционизм – методологический принцип, согласно которому сложные явления могут быть полностью объяснены с помощью законов, свойственных явлениям более простым.

338

Трюизм – общеизвестная, избитая истина.

339

Селективное давление – сила влияния факторов окружающей среды, в результате действия которых выживают только устойчивые к ним организмы.

340

Другой вариант названия – нейронная сеть оперативного покоя. Английское наименование default mode network дословно переводится как «сеть режима по умолчанию» и связано с тем, что мозг в состоянии покоя самопроизвольно переходит в данный «режим».

341

Абляция – физический процесс удаления или разрушения (прижигания) некой части из совокупности биологических тканей, в некотором смысле аналог хирургического удаления.

342

Миндалевидное тело, амигдала – область мозга миндалевидной формы, находящаяся в белом веществе височной доли полушария под скорлупой, примерно на 1,5–2 см сзади от височного полюса. В мозге два миндалевидных тела – по одному в каждом полушарии.

343

Болезнь Урбаха – Вите – редкое рецессивное генетическое заболевание. Известно менее 300 случаев с момента его открытия. Впервые оно было официально зарегистрировано в 1929 году Эрихом Урбахом и Камилло Вите, хотя отдельные случаи заболевания отмечались еще начиная с 1908 года. У пациентов, миндалевидное тело которых оказалось разрушено вследствие болезни Урбаха – Вите, наблюдается полное отсутствие страха, но инстинкт самосохранения не пропадает.

344

Я слышу, как вы говорите: «Хорошо, умник, что из твоей книги выдержит пересмотр через сорок лет?» Надеюсь, что подавляющее большинство фактов и утверждений сохранят свою истинность, даже если некоторые из них покажутся причудливыми, наивными или чрезмерно оптимистичными. – Прим. авт.

345

Три простых примера иллюстрируют глубину заблуждений Маклина. «Рептильный мозг» не рептильный, он также встречается у рыб. «Мозг ранних млекопитающих» отвечает не только за родительское поведение: у птиц, которые являются прекрасными родителями, нет такой структуры. Новая кора (неокортекс) не может быть рассмотрена как структура, появившаяся вследствие адаптации только у млекопитающих, – ее элементы также встречаются у птиц и рыб. – Прим. авт.

346

Речь идет о знаменитом клиническом случае 44-летнего жителя Франции, впервые описанном в журнале Lancet в 2007 году и до сих пор обсуждаемом в научном сообществе. Пациент обратился в клинику с жалобами на слабость в левой ноге и на тот момент ни разу не проходил томографического обследования. Врач направил мужчину на сканирование, в ходе которого выяснилось, что у него практически отсутствует мозг – внутренняя полость черепа пациента была почти целиком заполнена жидкостью (гидроцефалия), за исключением тонкого внешнего слоя мозгового вещества. Однако это не помешало мужчине полноценно функционировать в обществе, иметь семью и работать на госслужбе. Данный случай породил очередной виток научно-философской дискуссии о природе человеческого сознания и заставил пересмотреть ряд нейробиологических теорий.

347

Зеркальный тест – эксперимент, разработанный в 1970 году психологом Гордоном Гэллапом-младшим, чтобы определить, обладают ли животные способностью узнавать себя в зеркале. Это основной индикатор самосознания у животных и признак входа в стадию зеркала (термин психоаналитической теории Жака Лакана) у ребенка в психологии развития.

348

Во втором издании «Автостопом по Галактике» односложная запись о Земле была изменена с «безвредная» на «почти безвредная». Язвительное замечание Сазерленда о сознании, пожалуй, можно было бы изменить следующим образом: «О нем не было написано ничего стоящего». – Прим. авт.

349

TED – американский частный некоммерческий фонд, известный прежде всего своими ежегодными конференциями.

350

Речь идет об открытии функции ретикулярной формации, которое приписывается Джузеппе Моруцци и Горацию Мэгуну. В 1949 году они обнаружили, что при электрической стимуляции ретикулярной формации у подопытных животных, находящихся под наркозом, на ЭЭГ паттерн сна сменяется паттерном бодрствования. Эти изменения на ЭЭГ происходили одновременно с активностью на уровне поведения.

351

Карл Раймунд Поппер (1902–1994) – австрийский и британский философ и социолог. Один из самых влиятельных философов науки XX столетия. Поппер критиковал классическое понятие научного метода, а также отстаивал принципы демократии и социального критицизма, которых он предлагал придерживаться, чтобы сделать возможным процветание открытого общества. Карл Поппер является основоположником философской концепции критического рационализма. Он описывал свою позицию следующим образом: «Я могу ошибаться, а вы можете быть правы; сделаем усилие, и мы, возможно, приблизимся к истине».

352

Уллин Томас Плейс (1924–2000) – британский философ и психолог. Совместно с Джоном «Джеком» Смартом разработал теорию тождества, которая легла в основу одной из самых мощных философских традиций – австралийского материализма.

353

Каллозотомия на самом деле является сложной нейрохирургической операцией. – Прим. науч. ред.

354

Майкл Газзанига (род. 1939) – американский нейропсихолог. Является одним из ведущих исследователей в области когнитивной нейронауки, занимается изучением нейронных основ сознания.

355

Интактный – неповрежденный.

356

Убедительное разоблачение многих популярных мифов о мозге можно найти в книге Кристиана Джарретта «Великие мифы о мозге» (Great Myths of the Brain, Chichester: Wiley-Blackwell, 2015). Как указала историк науки Энн Харрингтон в работе «Медицина, разум и двойной мозг» (Medicine, Mind, and the Double Brain, Princeton: Princeton University Press, 1987), идея двух конкурирующих разумов восходит к доктору Артуру Уигану, который выдвинул ее в своем труде 1844 года «Новый взгляд на безумие: двойственность ума». – Прим. авт.

357

Уильям Кей Эстес (1919–2011) – выдающийся американский психолог, более всего известный как создатель теории выборки стимулов и статистической теории научения.

358

Ретикулярное ядро таламуса является своеобразными воротами для сенсорной информации, поступающей в кору. Оно не имеет прямого выхода на кору, но вместе с тем получает входные сигналы от коры и других ядер таламуса и, по-видимому, выполняет функцию внутриталамического регулятора.

359

Дэниел Клемент Деннет (род. 1942) – американский философ и когнитивист, чьи исследования лежат в области философии сознания, философии науки и философии биологии. Деннет также является заметным критиком религии и членом движения «натуралистического мировоззрения» Brights. Деннета даже называют одним из «Четырех всадников Нового Атеизма», вместе с Ричардом Докинзом, Сэмом Харрисом и Кристофером Хитченсом.

360

Для ясного изложения различных философских аргументов, которые выходят за рамки этой книги, см. Сьюзен Блэкмор «Сознание: очень краткое введение» (Susan Blackmore, Consciousness: A Very Short Introduction, Оxford: oxford University Press, 2017); Андреа Каванна и Андреа Нани «Сознание: теории в нейробиологии и философы разума» (Andrea Cavanna and Andrea Nani, Consciousness: Theories in Neuroscience and Philosophers of Mind Berlin: Springer-Verlag, 2014); Джош Вайсберг «Сознание» (Josh Weisberg, Consciousness Cambridge: Polity, 2014).

361

Базальный передний мозг – это структуры конечного мозга (точнее, его базальных ядер), расположенные спереди и ниже полосатого тела (стриатума). К базальному переднему мозгу относят, в частности, прилежащее ядро, базальное ядро, диагональную полосу Брока, безымянную субстанцию, а также медиальное септальное ядро.

362

Термин придуман Кристофером Кохом.

363

Синдром «запертого человека» – неврологическое расстройство, которое характеризуется полным параличом всех мышц, за исключением тех, что отвечают за движение глаз. При этом больной сохраняет способность осознавать себя и собственную личность, ориентироваться в месте, времени и иметь нормальные циклы сна и бодрствования. При синдроме возможно общение с окружающими путем моргания и движения глаз в вертикальном направлении. При длительном сохранении синдрома «запертого человека» больные могут быть обучены передавать глазами достаточно сложную информацию.

364

Репрезентативная выборка – выборка конечного объема, обладающая всеми свойствами исходной популяции, значимыми с точки зрения задач исследования. Является одним из ключевых понятий анализа данных. Репрезентативность определяет, насколько возможно обобщать результаты исследования с привлечением определенной выборки на всю генеральную совокупность, из которой она была собрана.

365

Согласно предложенному Блоком подходу, сознание-доступ обладает когнитивными, интенциональными и функциональными свойствами. Например, оно включает в себя распознавание какого-либо объекта или узнавание чьего-либо лица, воспоминания о прошедших событиях и т. д. Феноменальное сознание обладает свойством восприятия квалиа, то есть оно включает в себя опыт, получаемый в результате различных видов восприятия (зрительного, слухового, тактильного). Именно феноменальное сознание ответственно за возникновение разрыва в объяснении или трудной проблемы сознания. Блок высказал мнение, что когнитивная наука успешно занимается исследованиями сознания-доступа, однако феноменальное сознание в ней игнорируется, тогда как именно феноменальное сознание является главной загадкой, требующей решения.

366

Философы могут давать столько же хорошего, сколько получают. Американский философ Джонатан Вестфаль сказал: «Весьма показательно, как некоторые философы взаимодействуют с учеными в своей области и выдвигают то, что является бесспорно проверяемыми научными теориями, даже если обратное явление не было очень поучительным». Westphal, J. (2016), The Mind-Body Problem (Cambridge, MA: MIT Press), p. 137. – Прим. авт.

367

Бенджамин Либет (1916–2007) – американский нейробиолог, работающий в области человеческого сознания, научный сотрудник физиологического факультета Калифорнийского университета в Сан-Франциско. В 2003 году Либет стал первым лауреатом виртуальной Нобелевской премии по психологии Университета Клагенфурта «за свои новаторские достижения в экспериментальном исследовании сознания, действия и свободы воли».

368

Передняя поясная кора (ППК, лат. cortex cingularis anterior) – фронтальная часть поясной коры, напоминающая по виду «ошейник» вокруг мозолистого тела.

369

Поясная извилина (лат. gyrus cinguli) является частью поясной коры и расположена непосредственно над мозолистым телом.

370

Впервые вопрос «Каково быть летучей мышью?» был поставлен в 1950 году британским философом-идеалистом Тимоти Л. С. Сприджом.

371

По мнению Нагеля, главной чертой сознания является субъективность, а попытка описать сознание с объективных позиций науки неизбежно что-то упускает. Так, полные сведения о нейрофизиологическом строении мозга летучей мыши не позволят нам понять, каково это – быть ей. Ни один человек не может представить себе, что значит быть летучей мышью, которая воспринимает окружающий мир, наряду с общими с человеком органами чувств, еще и с помощью органа эхолокации, отсутствующего у человека. Наука же оперирует исключительно объективными фактами, не зависящими от наблюдателя и его субъективного опыта. Философы, настаивающие на невозможности постижения природы сознания с применением научного метода, использовали эту статью Нагеля в качестве своеобразного манифеста своих воззрений.

372

Во время обсуждения в Институте биологических исследований Солка предположение о том, что «мы никогда не сможем понять сознание, потому что никогда не узнаем, каково это – быть летучей мышью», Джозеф Боген пошутил: «Конечно, вы никогда не узнаете. Это не значит, что мы не поймем сознание. Я не имею ни малейшего представления, каково это – быть моей женой!» Хорошая шутка, но об этом-то и говорил Нагель. Bogen, J. (2006), The History of Neuroscience in Autobiography 5:46–122. – Прим. авт.

373

Бернард Баарс (род. 1942) – профессор психологии, бывший старший научный сотрудник в области теоретической нейробиологии в Институте нейробиологии в Ла-Хойе (Калифорния), в настоящее время является его аффилированным лицом. Известен как создатель глобальной теории рабочего пространства, теории человеческой когнитивной архитектуры и сознания.

374

Признаюсь, я не совсем понимаю теорию интегральной информации. Мои подозрения оправдались: я не одинок – Матиас Мишель, французский исследователь, занимающейся философией науки, изучил отношение ученых к этой теории и обнаружил, что многие неопытные исследователи на самом деле не понимают ее, но каким-то образом впечатлены: «В некотором смысле кажущаяся сложность теории используется в качестве показателя ее потенциальной истинности. Они на самом деле не понимают этого, но приходят к убеждению, что если бы поняли, то, вероятно, сочли бы ее правильной теорией сознания». Sohn, e. (2019), Nature 571:S2-S5; Michel, M., et al. (2018), Frontiers in Psychology 9:2134. – Прим. авт.

375

Принцип дополнительности (он же принцип комплементарности) – один из важнейших методологических и эвристических принципов науки, а также один из главных принципов квантовой механики, сформулированный в 1927 году Нильсом Бором. Согласно этому принципу, для полного описания квантовомеханических явлений необходимо применять два взаимоисключающих («дополнительных») набора классических понятий, совокупность которых дает исчерпывающую информацию об изучаемых явлениях как о целостных. Например, дополнительными в квантовой механике являются пространственно-временная и энергетически-импульсная картины. Описания любого физического объекта как частицы и как волны дополняют друг друга, одно без другого лишено смысла, корпускулярный и волновой аспекты описания обязательно должны входить в описание физической реальности.

376

Сочинения Черчленд – это прозрачные пруды здравого смысла, в которые следует окунуться, когда, по ее словам, вы чувствуете себя «одураченным философским враньем». Churchland, P. (2017), in k. Almqvist and A. Haag (eds.), The Return of Consciousness: A New Science on Old Questions (Stockholm: Axel and Margaret Ax: son Johnson Foundation), pp. 39–58, p. 59. – Прим. авт.

377

Квантовое превосходство – способность квантовых вычислительных устройств решать проблемы, которые классические компьютеры практически решить не способны.

378

Облачные вычисления (англ. cloud computing) – модель обеспечения удобного сетевого доступа по требованию к некоторому общему фонду конфигурируемых вычислительных ресурсов (например, сетям передачи данных, серверам, устройствам хранения данных, приложениям и сервисам – как вместе, так и по отдельности), которые могут быть оперативно предоставлены и освобождены с минимальными эксплуатационными затратами или обращениями к провайдеру.

379

Подводные камни чрезмерного энтузиазма в применении новейших технологий можно увидеть в идеях Карла Прибрама, который в 1960–1970-х годах в ряде работ утверждал, что «мозг может использовать, среди прочего, самый сложный принцип хранения информации из уже известных: принцип голограммы». Это не так. Pribram, k. (1969), Scientific American 220(1):73–86. – Прим. авт.

380

Основная истина – это термин, используемый в различных научных областях для обозначения информации, предоставляемой прямым наблюдением, в отличие от информации, предоставляемой умозаключением.

381

Философские споры о наличии или отсутствии свободы воли продолжаются и сегодня. – Прим. науч. ред.

382

Мозговые органоиды – это трехмерные тканевые культуры, в которых развиваются специфичные для мозга типы клеток, полученные из эмбриональных или стволовых клеток. – Прим. науч. ред.

383

Микробиотой кишечника называют совокупность бактерий, которые живут в толстом кишечнике человека. – Прим. науч. ред.

384

Полное название книги – The Biological Mind: How Brain, Body, and Environment Collaborate to Make Us Who We («Биологический разум: как взаимодействие мозга, тела и среды сделало нас теми, кто мы есть»).

385

Экологическая ниша – это совокупность факторов среды, в пределах которых обитает тот или иной вид организмов, его место в природе, в пределах которого данный вид может существовать неограниченно долго.

386

Исключающее «ИЛИ» (сложение по модулю 2, XOR, строгая дизъюнкция, поразрядное дополнение, логическое вычитание, логическая неравнозначность) – булева функция, а также логическая и битовая операция, в случае двух переменных результат выполнения операции истинен тогда и только тогда, когда один из аргументов истинен, а другой – ложен. Сложение по модулю 2 называется «исключающим “ИЛИ”» и «строгой дизъюнкцией» для отличения от «обычного» (неисключающего) логического «ИЛИ» – нестрогой логической дизъюнкции.

Content

Мэтью Кобб
Мозг: биография. Извилистый путь к пониманию того, как работает наш разум, где хранится память и формируются мысли

Введение

Прошлое

1 Сердце с древнейших времен до XVII века

2 Силы. XVII–XVIII века

3 Электричество. XVIII–XIX века

4 Функция. XIX век

5 Эволюция. XIX век

6 Торможение. XIX век

7 Нейроны. Рубеж XIX–XX веков

8 Машины. 1900–1930-е годы

9 Контроль. 1930–1950-е годы

Настоящее

10 Память. 1950-е годы – настоящее время

11 Нейронные цепи. 1950-е – настоящее время

12 Компьютеры. 1950-е – настоящее время

13 Химия. 1950-е – настоящее время

14 Локализация. 1950-е – настоящее время

15 Сознание. 1950-е годы – настоящее время

Будущее

Благодарности

Заметки и библиография

1. Сердце с древнейших времен до XVII века

2. Силы. XVII–XVIII века

3. Электричество. XVIII–XIX века

4. Функция. XIX век

5. Эволюция. XIX век

6. Торможение. XIX век

7. Нейроны. Рубеж XIX–XX веков

8. Машины. 1900–1930-е годы

9. Контроль. 1930–1950-е годы

Настоящее

10. Память. 1950-е годы – настоящее время

11. Нейронные цепи. 1950-е – настоящее время

12. Компьютеры. 1950-е – настоящее время

13. Химия. 1950-е – настоящее время

14. Локализация. 1950-е – настоящее время

15. Сознание. 1950-е годы – настоящее время

Будущее

Иллюстрации

Изображения

Примечания