Загадки сознания: где, когда и почему оно зарождается?

Может ли лобстер чувствовать боль так же, как вы или я?

Мы знаем, что у них такие же болевые рецепторы, которые заставляют нас вздрагивать или плакать, когда нам больно. И они ведут себя так, будто чувствуют что-то неприятное. Например, когда шеф-повар бросает их в кипящую воду, они дергают хвостами, словно в агонии.

Но действительно ли они «осознают» это ощущение? Или это просто рефлекс?

Когда вы или я что-то делаем, наш разум наполняется сложным сознательным опытом. Однако мы не можем просто предположить, что то же самое происходит с животными — особенно теми, у кого мозг отличается от человеческого. Вполне возможно — некоторые ученые даже утверждают, что вероятно, — что у такого существа, как лобстер, нет какого-либо внутреннего опыта, сравнимого с богатым миром в нашей голове.

«Гораздо более вероятно, что собака — которая ведет себя очень похоже на нас и у которой не слишком отличающиеся от нас тело и мозг, — видит и слышит вещи почти как мы, — говорит Джулио Тонони, невролог из Висконсинского университета. — Но когда речь идет о лобстере, трудно что-то прогнозировать».

Вопрос о том, сознателен ли мозг, совершенно не похожий на человеческий, — лишь одна из многих загадок, возникающих, когда ученые начинают думать о сознании. Когда в мозгу впервые появляется осознание нашего собственного существа? Почему оно такое? И смогут ли компьютеры когда-нибудь достичь такой же внутренней жизни?

Возможно, Тонони нашел решение этих загадок. Его «теория интегрированной информации» — одна из самых захватывающих теорий сознания, появившихся за последние несколько лет, и хотя она еще не доказана, некоторые проверяемые гипотезы могут вскоре дать ответ.

Тонони говорит, что его увлечение возникло в подростковом возрасте с «типично юношеским» увлечением этикой и философией. «Я понял, что понимание того, что такое сознание и как оно возникло, имеет решающее значение для понимания нашего места во Вселенной и того, как нам быть с нашей жизнью», — говорит он.

В том возрасте он не знал, как лучше всего искать ответы на эти вопросы — при помощи математики? Или философии? — но он в конечном итоге остановился на медицине. И клинический опыт помог его молодому разуму. «В непосредственном контакте с неврологическими и психотическими случаями действительно есть что-то особенное, — говорит он. — Вы видите, что происходит с пациентами, когда они теряют сознание или теряют компоненты сознания, и это трудно представить, если вы не видели, как это на самом деле происходит».

Свою репутацию он заработал одной из новаторских работ о сне — менее противоречивом поле. «В то время никто даже не говорил о сознании», — вспоминает он. Но Тонони продолжал размышлять над этим вопросом и в 2004 году опубликовал первое описание теории, которую впоследствии расширил и развил.

Она начинается с набора аксиом, которые определяют, что такое сознание на самом деле. Тонони считает, что любой сознательный опыт должен быть структурирован — посмотрев вокруг, вы сможете различить положение объектов относительно друг друга. Он также специфичен и «дифференцирован» — опыт различается в зависимости от конкретных обстоятельств, то есть существует огромное количество возможных переживаний. И еще он интегрирован. Если вы посмотрите на красную книгу на столе, то ее форма, цвет и расположение объединяются в один сознательный опыт, хотя первоначально они обрабатываются в мозге по отдельности. Мы даже объединяем информацию из множества разных источников — то, что Вирджиния Вулф назвала «непрерывным потоком бесчисленных атомов», — в единый смысл «здесь и сейчас».

Основываясь на этих аксиомах, Тонони предлагает идентифицировать сознание человека (или животного, или даже компьютера) на уровне «информационной интеграции», которая возможна в мозге (или процессоре). Согласно его теории, чем больше информации передается и обрабатывается между множеством различных компонентов, чтобы сформировать этот единый опыт, тем выше уровень сознания.

Возможно, лучший способ понять, что это означает на практике, — сравнить зрительную систему мозга с цифровой камерой. Камера фиксирует свет, попадающий на каждый пиксель датчика изображения, — и это огромное количество информации. Но пиксели не «разговаривают» друг с другом и не делятся информацией: каждый из них независимо записывает крошечную часть картины. А без этой интеграции у камеры не может быть богатого сознательного опыта.

Как и цифровая камера, сетчатка человека содержит множество датчиков, которые первоначально фиксируют небольшие элементы картины. Но эти данные затем передаются и обрабатываются во многих областях мозга. Некоторые области работают с цветом, адаптируя необработанные данные для определения уровня освещенности, чтобы мы могли распознавать цвета в самых разных условиях. Другие изучают контуры, например, предполагают, что части объекта могут быть заслонены — например, если чашка кофе стоит перед книгой, — но вы все равно осознаете форму предмета целиком. Затем эти области будут делиться информацией, передавая ее далее вверх по иерархии, чтобы объединить различные элементы — и сформировать сознательный опыт всего, что находится перед нами.

То же самое касается воспоминаний. В отличие от библиотеки фотографий с цифровой камеры, мы не храним каждый опыт отдельно. Они объединены, чтобы сформировать осмысленное повествование. Каждый раз, когда мы переживаем что-то новое, оно интегрируется с предыдущей информацией. Вот почему вкус печенья может вызвать воспоминания из далекого детства — это все часть нашего сознательного опыта.

По крайней мере, такова теория — и она согласуется со многими наблюдениями и экспериментами в медицине.

В одном исследовании, опубликованном в 2015 году, изучался мозг участников под различными формами анестезии, включая пропофол и ксенон. Чтобы получить представление о способности мозга интегрировать информацию, команда применила магнитное поле над головой, чтобы стимулировать небольшую область коры — стандартная неинвазивная техника, известная как трансчерепная магнитная стимуляция (TMS). В обычном состоянии у человека наблюдается сложная волна активности, когда мозг реагирует на TMS множеством различных областей, что Тонони считает признаком информационной интеграции между различными группами нейронов.

Но мозг людей, получавших пропофол и ксенон, не показал такой реакции — генерируемые мозговые волны были намного проще по форме по сравнению с активностью бодрствующего мозга. Изменяя уровни важных нейротрансмиттеров, анастезия, по-видимому, «сломала» информационную интеграцию мозга — и это соответствовало полному отсутствию сознания участников во время эксперимента. Их внутренний опыт оказался пустотой.

В качестве дальнейшего сравнения команда также рассмотрела участников под действием кетамина. Хотя из-за препарата человек перестает реагировать на окружающий мир, пациенты часто рассказывают о сумасбродных видениях, в отличие от чистой «пустоты», испытываемой под действием пропофола или ксенона. Конечно же, команда Тонони обнаружила, что реакция на TMS была гораздо более сложной, чем под другими анестетиками, отражая измененное сознание. Люди были отключены от внешнего мира, но их разум был очень активен во время бреда, вызванного препаратом.

Тонони обнаружил схожие результаты при изучении разных стадий сна. Во время медленного сна, в котором реже бывают сновидения, реакция на TMS была менее сложной, а во время быстрого сна, который часто совпадает с сознанием сновидений, информационная интеграция оказалась выше.

Он подчеркивает, что это не «доказательство» его теории, а показатель того, что он движется в правильном направлении. «Если бы мы получили противоположный результат, это было бы проблемой».

Теория Тонони также совпадает с опытом людей с различными формами повреждения мозга. Мозжечок, например, представляет собой ореховидную розовато-серую массу в основании мозга, и его главная обязанность — координировать наши движения. В нем содержится в четыре раза больше нейронов, чем в кортексе, внешнем слое мозга, — это примерно половина от общего числа нейронов во всем мозге. Но несмотря на то, что у некоторых людей нет мозжечка (либо потому, что они родились без него, либо потеряли из-за повреждения мозга), они сохраняют способность к сознательному восприятию и ведут относительно долгую и «нормальную» жизнь без потери сознания.

Эти случаи ничего бы не значили, если бы считалось, что для создания сознательного опыта нужно просто огромное количество нейронов. В соответствии с теорией Тонони, обработка информации мозжечком в основном происходит локально, без обмена и интеграции сигналов, что означает, что мозжечок играет в сознании минимальную роль.

Измерения реакции мозга на TMS также, по-видимому, говорят о том, что пациенты сохраняют сознание в некоммуникативном и вегетативном состоянии — открытие с потенциально глубокими клиническими применениями.

Конечно, громкие заявления требуют больших доказательств, и существует не так много научных вопросов глубже, чем тайна сознания.

Методы Тонони предлагают очень приблизительный расчет информационной интеграции мозга — и чтобы действительно доказать ценность его теории, потребуются более сложные инструменты, которые могут точно измерять обработку информации в любом виде мозга.

Дэниел Токер, нейробиолог из Калифорнийского университета в Беркли, говорит, что идея о необходимости информационной интеграции для сознания очень «интуитивна» для других ученых, но требуется гораздо больше доказательств. «Это интересная идея, но почти полностью не проверенная», — говорит он.

Все сводится к математике. Используя старые технологии, время, затрачиваемое на измерение информационной интеграции в сети, увеличивается «в геометрической прогрессии» по сравнению с числом рассматриваемых узлов — что означает, что даже при использовании наилучшей технологии вычисления могут длиться дольше, чем жизнь Вселенной. Но Токер недавно предложил оригинальный способ сокращения этих вычислений до пары минут. Он проверял его при помощи макак. Это может быть одним из первых шагов к тому, чтобы поставить теорию на более прочную экспериментальную основу. «Мы действительно находимся на ранних стадиях всего этого», — говорит Токер.

Только тогда мы сможем ответить на действительно важные вопросы, такие как сравнение сознания различных типов мозга. По мнению Токера, даже если теория Тонони не подтвердится, она подстегнет других нейробиологов задуматься над вопросами сознания более математически — что может вдохновить будущие теории.

А если теория информационной интеграции окажется верной, это будет переломным моментом, и последствия выйдут далеко за пределы нейробиологии и медицины. Доказательство наличия сознания у такого существа, как лобстер, может, например, повлиять на борьбу за права животных.

Также мы могли бы получить ответы на давние вопросы об искусственном интеллекте. Тонони утверждает, что сегодняшняя базовая архитектура компьютеров, основанная на сети транзисторов, — исключает необходимый уровень интеграции информации, необходимый для появления сознания. Поэтому, даже если их можно запрограммировать вести себя, как человек, у них никогда не будет нашей богатой внутренней жизни.

«Существует мнение, что рано или поздно компьютеры могут быть когнитивно столь же хороши, как мы, — не только в таких задачах, как игра в Го и шахматы, распознавание лиц или вождение автомобилей, но и во всем, — говорит Тонони. — Но если теория интегрированной информации верна, компьютеры могут вести себя точно так же, как вы и я, — с ними можно [даже] пообщаться с таким же или даже большим удовольствием, чем с вами или со мной, — и все же в буквальном смысле там ничего нет». Опять же, вопрос сводится к тому, возникает ли разумное поведение из сознания — и теория Тонони предполагает, что это не так.

Он подчеркивает, что это не просто вопрос вычислительной мощности или вида используемого программного обеспечения. «Физическая архитектура всегда более или менее одинакова, и это не всегда способствует сознанию». Так что, к счастью, моральные дилеммы, которые можно увидеть в таких сериалах, как «Люди» и «Мир Дикого Запада», могут никогда не стать реальностью.

Это может даже помочь нам понять, как мы взаимодействуем друг с другом. Томас Мэлоун, директор Центра коллективного разума Массачусетского технологического института и автор книги «Суперразум» (Superminds), недавно применил эту теорию к командам людей — в лаборатории и в реальном мире, включая редакторов статей в Википедии. Он показал, что оценки интегрированной информации, которой обмениваются члены команды, могут предсказать эффективность работы группы по различным задачам. Хотя концепция «группового сознания» может показаться натянутой, он считает, что теория Тонони помогает понять, почему большие группы людей иногда начинают думать, чувствовать, помнить, принимать решения и реагировать как единое целое.

Он предостерегает, что это в большей степени спекуляция: прежде всего нам нужно убедиться, что интегрированная информация служит признаком сознания человека. «Но я думаю, что очень интересно рассмотреть, что это может означать для вероятности появления группового сознания».

На данный момент мы все еще не можем быть уверены в том, сознательны или нет лобстер, компьютер или даже общество, но в будущем теория Тонони может помочь нам понять «умы», которые кардинально отличаются от наших собственных.

Источник