Наука сознания. Современная теория субъективного опыта

Майкл Грациано, 2019

В книге профессора психологии и нейронауки Принстонского университета Майкла Грациано, автора уже получившей известность теории схемы внимания, представлена новая теория сознания. Согласно ей, то, что мы называем сознанием, на самом деле является моделью нашей собственной психики. Грациано утверждает, что для людей естественно создавать такие модели – даже по отношению к неодушевленным объектам. Автор выдвигает гипотезу происхождения сознания в эволюционном ряду, описывает наряду с реальными несколько интеллектуальных экспериментов, подробно останавливается на феномене социального сознания и предлагает сценарий прижизненного переноса личности на искусственные носители для посмертного существования.

Глава 2

Крабы и осьминоги

Самовоспроизводящаяся бактериальная жизнь появилась на Земле примерно 4 млрд лет назад. На протяжении почти всей истории Земли жизнь оставалась на одноклеточном уровне, и ничего похожего на нервную систему не существовало вплоть до 600–700 млн лет назад. В теории схемы внимания сознание основано на определенном способе обработки информации нервной системой. Ключевой элемент этой теории (и, я полагаю, любого развитого интеллекта) — внимание: способность мозга в каждый момент времени сосредоточивать свои ограниченные ресурсы на небольшом фрагменте мира, чтобы получить бóльшую глубину обработки. В этой и нескольких следующих главах я рассмотрю, как внимание могло развиться от древних животных до людей и как вместе с ним могло появиться свойство, которое мы называем сознанием^[11].

Начнем с морских губок, они “помогут” очертить границы эволюции нервной системы. Губки — самые примитивные многоклеточные организмы, у них нет так называемого плана тела, нет конечностей, нет мышц, — и нервы им не нужны. Они закрепились на дне океана и фильтруют питательные вещества подобно ситу. Но у нас есть общие с губками гены, в том числе не менее 25 из тех, которые у людей помогают структурировать нервную систему^[12]. У губок те же самые гены могут выполнять более простые функции, например участвовать в коммуникации клеток друг с другом. Губки как будто балансируют на эволюционной грани нервной системы.

Считается, что последний общий у нас с ними предок существовал в диапазоне от 700 до 600 млн лет назад (см. шкалу времени на рис. 2.1)^[13].

Другие древние животные — медузы — напротив, обладают нервной системой. Медузы плохо сохраняются в окаменелостях, но, анализируя их генетические взаимосвязи с другими животными, биологи предполагают, что они могли отделиться от остального животного царства примерно 650 млн лет назад^[14]. Эти цифры, возможно, изменятся с получением новых данных, но в качестве правдоподобного предположения скажем, что нейроны — базовые клеточные компоненты нервной системы — впервые появились в животном царстве между губками и медузами.

Нейрон по сути своей — это клетка, передающая сигнал. Волна электрохимической энергии прокатывается по мембране клетки от одного края нейрона до другого со скоростью чуть более 60 м/с и действует на другой нейрон, мышцу или железу. Самые первые нервные системы могли быть устроены как простые сети нейронов, пронизывающие тело и соединяющие мышцы. По этому принципу нервных сетей существуют гидры^[15]. Это небольшие водные создания, прозрачные, похожие на цветы, в роли тела у них выступает мешок со множеством щупалец; они принадлежат к той же древней категории, что и медузы. Если коснуться гидры в одном месте, нервная сеть распространит сигнал повсюду и вся гидра дернется.

Нервная сеть не обрабатывает информацию — не извлекает из нее какого-то значения. Она просто передает сигналы по телу, соединяет сенсорный стимул (прикосновение) с мышечной реакцией (подергивание). Но после возникновения нервной сети нервные системы довольно быстро перешли на новый уровень сложности: речь идет о способности усиливать некоторые сигналы относительно других. Форсирование сигнала — простой, но мощный прием, один из основных способов, посредством которых нейроны манипулируют информацией. Это базовый компонент практически всех известных нам вычислений, происходящих в мозге.

Один из наиболее изученных примеров — глаз краба^[16]. У этого животного сложные глаза со множеством детекторов, в каждом из которых есть нейрон. Когда свет падает на детектор, он активирует находящийся внутри нейрон. Пока все идет как надо. Но добавим щепотку сложности: каждый нейрон связан с ближайшими соседями и по этим связям они соревнуются друг с другом. Когда активируется нейрон в одном детекторе, он пытается приглушить активность нейронов в соседних, подобно человеку в толпе, который старается кричать громче всех и заглушить тех, кто рядом с ним.

В результате получается, что, если на глаз краба направлено размытое пятно света и на один из детекторов попадает самая яркая его часть, нейрон в этом детекторе развивает высокую активность, побеждает в соревновании и отключает соседей. Паттерн активности набора детекторов сигнализирует не только о пятне света, но и о том, что вокруг пятна — кольцо темноты. Таким образом, сигнал усилен. Глаз краба берет размытую реальность из оттенков серого и повышает ее резкость, получая контрастную картинку, где тени темнее, а яркое ярче. Усиление сигнала — прямое следствие того, что нейроны подавляют своих соседей: этот процесс называется латеральным торможением^[17].

Описанный механизм в глазу краба, пожалуй, один из самых простых и базовых примеров, модельный экземпляр внимания. Сигналы соревнуются друг с другом, победители усиливаются за счет проигравших, и победившие сигналы затем влияют на движения животного. Это и есть моделирующая сущность внимания. Наше, человеческое, внимание — просто усложненная версия, состоящая из подобных компонентов. Латеральное торможение, такое же как в глазу у краба, можно найти на любой стадии обработки информации в нервной системе человека — от глаза до высших уровней мышления в коре головного мозга. Зарождение внимания лежит глубоко в эволюционной древности, ему более полумиллиарда лет, и произошло оно от удивительно простого нововведения (на тот момент, разумеется).

Крабы принадлежат к обширной группе животных под названием “членистоногие”, в которую входят пауки, насекомые и подобные им создания с твердыми сегментированными экзоскелетами. Они отделились от других животных около 600 млн лет назад^[18]. Самое известное вымершее членистоногое, у которого сегодня больше всего поклонников, — это трилобит, существо из сочленений и ножек, похожее на маленького мечехвоста, которое главным образом копошилось на дне кембрийских морей примерно 540 млн лет назад. Когда трилобиты вымерли и оказались погребены в тончайшей взвеси осадка на дне океана, они превратились в окаменелости, у которых во всех подробностях сохранились фасеточные глаза^[19]. Если вы вглядитесь в выпученные очи ископаемого трилобита через лупу, то, скорее всего, вам удастся увидеть нетронутую мозаику отдельных детекторов. Судя по ископаемым остаткам, глаза трилобитов весьма напоминали глаза современных крабов и, должно быть, в них использовался тот же способ соревнования между соседними детекторами, чтобы повысить резкость обзора древнего морского дна.

Представьте себе животное, которое собирается по частям, сосредоточиваясь на каждом конкретном фрагменте. У такого животного любая часть тела будет работать как отдельный механизм, отбирая себе информацию и выделяя самые перцептивно значимые (насыщенные) сигналы. Один глаз скажет: “Вот самое яркое пятно, не реагируй на остальные”. А в это же время одна из ног пожалуется: “Меня только что сильно ткнули вот сюда, не обращай внимания на легкие прикосновения рядом!” Животное, способное лишь на такое, будет действовать как сборище отдельных “деятелей”, которые склеены друг с другом просто физически, при этом каждый выкрикивает свои сигналы и вызывает свои собственные действия. Поведение такого животного будет в лучшем случае беспорядочным.

Для того чтобы непротиворечиво реагировать на окружающую среду, животному нужно более централизованное внимание. Могут ли отдельные источники входящей информации — глаза, тело, ноги, уши, химические сенсоры — объединить свои данные, чтобы создать глобальную иерархию и отсортировать соревнование между сигналами? Подобное взаимодействие позволило бы животному выделить тот самый яркий объект в окружающей среде, который показался бы важнее всего в данный момент, и отреагировать единым, значимым образом.

Никто не знает, когда впервые появилось такое централизованное внимание, — в частности, потому что никто не знает точно, у каких животных оно есть, а у каких нет. У позвоночных есть центральный процессор внимания, который я опишу в следующей главе. Но у беспозвоночных механизмы внимания не так тщательно изучены. У многих видов животных, например кольчатых червей и брюхоногих моллюсков, нет централизованного мозга. У них есть кластеры нейронов, или ганглии, разбросанные по всему телу для локальной обработки информации^[20]. Вероятно, нет у этих животных и централизованного внимания.

Более подходящие кандидаты на обладание им — членистоногие, такие как крабы, насекомые и пауки. У них есть центральный мозг или, по крайней мере, скопление нейронов в голове, которое обильнее всех остальных в их телах^[21]. Эти крупные ганглии могли развиться в том числе из-за каких-то потребностей зрения. Поскольку глаза расположены в голове, а зрение — самое сложное и нагруженное информацией чувство, голова получает самую большую долю нейронов. Некоторые аспекты обоняния, вкуса, слуха и осязания также сходятся в этом центральном ганглии. Насекомые мозговитее, чем мы думаем. Когда вы пытаетесь прихлопнуть муху, а ей практически всегда удается ускользнуть — это не просто рефлекс. Скорее, у мухи есть то, что мы называем централизованным вниманием — способность быстро сосредоточить ресурсы обработки информации на том фрагменте окружающего мира, который важнее всего в данный момент, чтобы выдать скоординированную реакцию^[22].

Осьминоги — суперзвезды среди беспозвоночных: их интеллект поразителен. Их относят к моллюскам — как улиток и мидий. Моллюски появились, вероятно, около 550 млн лет назад и оставались довольно просто организованными — по крайней мере, в том, что касается нервной системы, — на протяжении сотен миллионов лет^[23]. У одной из ветвей развития, головоногих моллюсков, постепенно развились сложный мозг и сложное поведение; формой они стали напоминать современных осьминогов примерно 300 млн лет назад^[24].

Осьминоги, кальмары и каракатицы — поистине инопланетяне по отношению к нам^[25]. Так далеко от нас на древе жизни нет других разумных животных. Они показывают нам, что мозговитый ум — не единичный феномен, так как он независимо развивался как минимум дважды: один раз в случае позвоночных, а затем снова у беспозвоночных. Осьминоги прекрасные хищники, а полагаются они на зрение. Хороший хищник должен обладать лучшей координацией и умом, чем его добыча, а использование зрения, чтобы обнаружить и распознать жертву, требует особо крупных моделирующих мощностей. Ни у какой другой сенсорной системы нет подобного пожарного шланга, хлещущего внутрь всевозможной информацией, и нет подобной необходимости в грамотном способе сосредоточиваться на полезных фрагментах этой информации. А значит, внимание для такого хищника решает всё. Может быть, этот-то образ жизни осьминога и повлиял на развитие его интеллекта.

По тем или иным причинам у этого животного развилась выдающаяся нервная система. Осьминоги могут использовать инструменты, решать задачи и демонстрируют неожиданные творческие подходы^[26]. Классическим стал пример, в котором эти моллюски научились откручивать крышки стеклянных банок, чтобы добраться до лакомства внутри. У осьминога есть центральный мозг, а также небольшие независимые процессоры в каждом щупальце; таким образом получается уникальная комбинация централизованного и распределенного управления^[27]. Также у животного, вероятно, есть модели самого себя: богатые, постоянно обновляющиеся сгустки информации для отслеживания своего тела и поведения. С инженерной точки зрения, чтобы функционировать эффективно, ему бы пригодились эти модели. Например, у моллюска может быть что-то вроде схемы тела, которая следит за его формой и структурой, чтобы координировать движения (возможно, у каждого щупальца есть своя схема себя). В этом смысле можно сказать, что осьминог знает о самом себе. Он обладает как этой информацией, так и сведениями об окружающем мире, и эти данные приводят к сложному поведению.

Но перечисленные действительно чудесные черты не означают, что у осьминога есть сознание.

Исследователи сознания иногда используют термин “объективное осознание” для обозначения того, что информация попала внутрь, обрабатывается и может повлиять на выбор поведения^[28]. Это определение задает невысокую планку: так можно сказать, что микроволновая печь осознает настройки времени, а беспилотный автомобиль — надвигающееся препятствие. Да, осьминог объективно осознает себя и объекты вокруг. В нем содержится информация.

Но осознает ли он субъективно? Если бы осьминог умел говорить, мог бы он сообщить о субъективном опыте сознания так же, как мы с вами?

Давайте его и спросим. Проведите неправдоподобный мысленный эксперимент (и запомните его — он нам еще пригодится в этой книге). Предположим, в нашем распоряжении оказался потрясающий научно-фантастический прибор — назовем его Речинатор-5000, — который переводит информацию в речь. В нем есть порт, к которому можно подключить голову осьминога, и прибор вербализует информацию, найденную в мозге.

Прибор может озвучить что-то вроде: “Там рыба”, если зрительная система осьминога содержит информацию о рыбе, плывущей неподалеку. Он может сказать: “Я существо с кучей конечностей, которые могут двигаться так и сяк”. Или: “Чтобы достать рыбу из банки, нужно повернуть ту круглую штуку”. Прибор бы многое сказал, отражая информацию, которая, как мы знаем, содержится в нервной системе осьминога. Но нам неведомо, произнесет ли он: “У меня есть субъективный личный опыт — осознание — этой рыбы. Я не просто обрабатываю информацию о ней. Я ее переживаю. Я чувствую, каково это — видеть рыбу”. Мы не знаем, есть ли в мозге информация подобного рода, поскольку не в курсе того, что сообщают осьминогу его модели самого себя. У него, возможно, нет механизмов, чтобы смоделировать сознание или приписать себе это свойство. Применение понятия “сознание” по отношению к этому животному может оказаться нерелевантным.

Тайна осьминога — пример того, что животное может быть сложным и умным, а мы тем не менее все еще не в силах ответить на вопрос о его субъективном опыте или даже о том, есть ли смысл задавать такой вопрос применительно к этому существу.

Возможно, один из источников путаницы здесь — невольное, но мощное стремление человека приписывать сознание всему вокруг. Как я подчеркнул в первой главе, мы склонны видеть сознание у кукол и других, еще менее вероятных кандидатов. Люди иногда верят, что их домашние растения осознают. Осьминог, у которого богатый поведенческий арсенал и большие глаза, наполненные сфокусированным вниманием, является в некотором роде тестом Роршаха с чернильными пятнами, убедительно запускающим в нас сильное социальное восприятие. Мы не только умом понимаем, что он собирает объективную информацию о мире, — мы не можем не чувствовать, что из этих задумчивых глаз исходит субъективное осознание. Но правда состоит в том, что мы этого не знаем, и наше ощущение сознающего разума говорит больше о нас, чем об осьминогах. Специалисты, которые изучают осьминогов, рискуют стать самыми ненадежными экспертами, потому что именно на них прежде всех остальных подействуют чары этих удивительных созданий. Позже, в пятой главе, я вернусь к всепроникающему аспекту человеческого сознания: оно инструмент в нашем социальном арсенале, и мы безотчетно приписываем его тем, кто действует вокруг нас.

Чтобы внести ясность: я не утверждаю, что у осьминогов нет сознания. Но нервная система этих моллюсков до сих пор настолько неполно изучена, что мы не можем сравнить организацию их мозга с организацией нашего и предположить, до какой степени могут быть похожи на наши их алгоритмы и модели самих себя. Для проведения подобных сравнений нам нужно заняться животными из своей собственной родословной — позвоночными.

Примечания

11

И другие авторы убедительно описывали возможный ход эволюции сознания, включая туда связи сознания с вниманием (хотя делали это иначе, чем я). К примеру: C. Montemayor and H. H. Haladjian, Consciousness, Attention, and Conscious Attention (Cambridge, MA: MIT Press, 2015); R. Ornstein, Evolution of Consciousness: The Origins of the Way We Think (New York: Simon & Schuster, 1991).

12

O. Sakarya, K. A. Armstrong, M. Adamska, M. Adamski, I. F. Wang, B. Tidor, B. M. Degnan, T. H. Oakley, and K. S. Kosik, “A Post-Synaptic Scaffold at the Origin of the Animal Kingdom,” PLoS One 2 (2007): e506.

13

Z. Yin, M. Zhu, E. H. Davidson, D. J. Bottjer, F. Zhao, and P. Tafforeau, “Sponge Grade Body Fossil with Cellular Resolution Dating 60 Myr before the Cambrian,” Proceedings of the National Academy of Sciences USA 112 (2015): E1453–60.

14

D. H. Erwin, M. Laflamme, S. M. Tweedt, E. A. Sperling, D. Pisani, and K. J. Peterson, “The Cambrian Conundrum: Early Divergence and Later Ecological Success in the Early History of Animals,” Science 334 (2011): 1091–7; A. C. Marques and A. G. Collins, “Cladistic Analysis of Medusozoa and Cnidarian Evolution,” Invertebrate Biology 123 (2004): 23–42.

15

H. R. Bode, S. Heimfeld, O. Koizumi, C. L. Littlefield, and M. S. Yaross, “Maintenance and Regeneration of the Nerve Net in Hydra,” American Zoology 28 (1988): 1053–63.

16

R. B. Barlow Jr. and A. J. Fraioli, “Inhibition in the Limulus Lateral Eye in Situ,” Journal of General Physiology 71 (1978): 699–720.

17

K. Hadeler, “On the Theory of Lateral Inhibition,” Kybernetik 14 (1974): 161–5.

18

S. Koenemann and R. Jenner, Crustacea and Arthropod Relationships (Boca Raton: CRC Press, 2005).

19

B. Schoenemann, H. Pärnaste, and E. N. K. Clarkson, “Structure and Function of a Compound Eye, More Than Half a Billion Years Old,” Proceedings of the National Academy of Sciences USA 114 (2017): 13489–94.

20

R. Gillette and J. W. Brown, “The Sea Slug, Pleurobranchaea californica: A Signpost Species in the Evolution of Complex Nervous Systems and Behavior,” Integrative and Comparative Biology 55 (2015): 1058–69.

21

C. R. Smarandache-Wellmann, “Arthropod Neurons and Nervous System,” Current Biology 26 (2016): R960–R965.

22

S. Koenig, R. Wolf, and M. Heisenberg, “Visual Attention in Flies — Dopamine in the Mushroom Bodies Mediates the After-Effect of Cueing,” PLoS One 11 (2016): e0161412; B. van Swinderen, “Attention in Drosophila,” International Review of Neurobiology 99 (2011): 51–85.

23

D. H. Erwin, M. Laflamme, S. M. Tweedt, E. A. Sperling, D. Pisani, and K. J. Peterson, “The Cambrian Conundrum: Early Divergence and Later Ecological Success in the Early History of Animals,” Science 334 (211): 1091–97; B. Runnegar and J. Pojeta Jr., “Molluscan Phylogeny: The Paleontological Viewpoint,” Science 186 (1974): 311–17.

24

J. Kluessendorf and P. Doyle, “Pohlsepia mazonensis, an Early ‘Octopus’ from the Carboniferous of Illinois, USA,” Palaeontology 43 (2000): 919–26; A. R. Tanner, D. Fuchs, I. E. Winkelmann, M. T. Gilbert, M. S. Pankey, A. M. Ribeiro, K. M. Kocot, K. M. Halanych, T. H. Oakley, R. R. da Fonseca, D. Pisani, and J. Vinther, “Molecular Clocks Indicate Turnover and Diversification of Modern Coleoid Cephalopods during the Mesozoic Marine Revolution,” Proceedings of Royal Society, B, Biological Sciences 284 (2017): 20162818.

25

P. Godfrey-Smith, Other Minds: The Octopus, the Sea, and the Deep Origins of Consciousness (New York: Farrar, Straus and Giroux, 2016); S. Montgomery, The Soul of an Octopus (New York: Atria Books, 2015).

26

A.-S. Darmaillacq, L. Dickel, and J. A. Mather, Cephalopod Cognition (Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2014); D. B. Edelman, B. J. Baars, and A. K. Seth, “Identifying Hallmarks of Consciousness in Non-Mammalian Species,” Consciousness and Cognition 14 (2015): 169–87; J. N. Richter, B. Hochner, and M. J. Kuba, “Pull or Push? Octopuses Solve a Puzzle Problem,” PLoS One 11 (2016): e0152048.

27

B. Hochner, “An Embodied View of Octopus Neurobiology,” Current Biology 22 (2012): R887–92.

28

P. M. Merikle, D. Smilek, and J. D. Eastwood, “Perception without Awareness: Perspectives from Cognitive Psychology,” Cognition 79 (2001): 115–34; R. Szczepanowski and L. Pessoa, “Fear Perception: Can Objective and Subjective Awareness Measures Be Dissociated?” Journal of Vision 10 (2007): 1–17.