Нейрофизиолог Александр Каплан — о природе сознания
Недавно Reminder устраивал встречу читателей с известным ученым, заведующим Лаборатории нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов МГУ Александром Капланом. Он прочитал небольшую лекцию о возможностях современной науки в плане изучения мозга и ответил на вопросы издателя Reminder Максима Кашулинского. Приводим сокращенную версию разговора.
Как поймать мысль
Как устроен мозг? Этот объект становится все менее понятен науке. Даже звезды, вселенные, глубины материи представляются вполне изучаемыми, потому что знания о них объединены концепцией. А с мозгом все сложнее: чем больше мы о нем знаем, тем дальше от концептуального объяснения принципов его работы. Сейчас разрушились все прежние теории мозга, а новой — нет.
Сложности добавляет и то, что это живой объект. В отличие от объектов вселенной он рефлексирует и быстро меняется. Даже если вы сами себя спросите: «Какие у меня сейчас мысли?», вы далеко не всегда (точнее, почти никогда) не сможете ответить на этот вопрос.
Можно ли вообще поймать мысль с помощью наших материалистических методов? Ведь мысль — это нечто невесомое, невидимое, непротяженное. Но на самом деле ее можно зафиксировать с помощью современных приборов.
Есть такой метод — транскраниальная магнитная стимуляция. C помощью двух катушек активируется переменное магнитное поле, которое в свою очередь активирует нейроны. Мы находим область, отвечающую за движение пальцев и оставляем испытуемого в положении, когда они немножко движутся. На эту область мы ставим дополнительные электроды, которые регистрируют активность этих мышц. Мы получаем некоторый всплеск, очень коротенький — 5–10 миллисекунд. Это объективное свидетельство, что активировалась моторная кора. Дальше мы уменьшаем мощность этого стимула, и пальцы перестают двигаться. Тут я говорю испытуемому: представьте движение своей кисти. Сигнал в мышцы резко возрастает. А что изменилось? Физика никакая не изменилась. Просто пришла мысль — невесомая, непротяженная мысль привела к тому, что увеличился ответ мышцы.
Теория работы мозга
— Вы сказали, что практически все теории, которые объясняли работу сознания, устарели. Какая теория удержалась до последнего и какая, на ваш взгляд, претендует на роль новой концепции?
— Основной вопрос, на который надо ответить: что движет мыслями, что их порождает? Когда-то была теория Декарта. Согласно ей, материального двигателя нет, есть внешний двигатель. Стимул воздействует на организм, рецепторы посылают импульсы в определенное место и происходит действие. Но эта теория устарела. Как только ученые начинали узнавать детали, сразу стало понятно, что стимульность всего не объясняет. Один и тот же стимул вызывает разные реакции.
Потом была теория высшей нервной деятельности Ивана Петровича Павлова. Во главе угла были рефлексы. Если много раз звонить в звонок и подавать при этом мясо, то, в конце концов, из-за одного только звонка начнет выделяться слюна. Павлов был очень тонким физиологом и он додумался, чем мы отличаемся от животных. Оказывается, только люди обозначают словами все объекты и на нас воздействуют не сами объекты, а слова. Наименования влияют на нас как стимул, и стимульная среда теперь получилась не только объектная, но еще и словесная. С помощью этих конструкций один человек на другого мог влиять через слова.
Но в результате обсуждения всех этих концепций кристаллизовалась идея, что мы внутри себя имеем некоторую рефлексивную субстанцию — мы сами можем наблюдать за собой. Это уже концепция сознания. Она разрушила все предыдущие теории — как тут приспособишь условные рефлексы? Получается, у нас в голове существует некоторая общая ментальная модель внешнего физического мира, которая и перехватывает бразды правления в организме. Но теории о том, как это все объединяется, нет. Физиологи ощущают, что мы уходим все дальше и дальше от общей теории. И вот я не могу теперь уже назвать ничего, что может объединить вот эти познавательные и рефлексивные процессы с одной стороны, а с другой — работу нервных клеток между собой. Это совершенно непонятно.
О проекте Илона Маска
— Может, общая теорию сознания появится из практических экспериментов? Например, тех, что делает компания Neuralink Илона Маска.
— Интерес к этой теме у Илона Маска появился несколько лет назад, когда на международном экономическом форуме в Абу-Даби его спросили, как он вообще мыслит будущее. Освоение Марса — это все понятно. Но как мы будем жить в мире, где искусственный интеллект превзойдет человеческий? Он для себя нашел ответ. Надо приручить искусственный интеллект — мощности искусственного интеллекта объединить с мозгом с помощью нейроинтерфейса. Сигналы, которые будут свидетельствовать о запросах мозга, будут передаваться в нужные модули искусственного интеллекта. Условно говоря, если человек не может перемножить большие числа, мозг передает это в еще один модуль, типа третьего полушария. Но при этом человек не превращается в киборга. Этот интеллект живет по запросам мозга, просто запросы станут более расширенными. Мы сейчас не делаем себе запрос «Дай-ка я какую-нибудь задачку решу», потому что мы знаем, что не можем. А так мозг постепенно научится обращаться с более сложными задачами, потому что у него будет очень большой объем памяти и высокая скорость.
Как это сделать? Большой вопрос, но уже есть две важные подвижки. Во-первых, решена довольно трудная проблема: создана машинка для вживления электродов. Технология позволяет очень быстро вводить в мозг большое количество электродов, напоминающих волоски, причем без каких-либо повреждений. 10 волосков дают 10 тысяч контактов [с нейронами] — это уже хороший показатель. Во-вторых, каждая нервная клетка дает свои специфичные импульсы. Neuralink использует для идентификации этих импульсов специальный процессор, который может разделять десятки тысяч разных потоков.
Но самое серьезное дальше: как дешифровать эти потоки нервных импульсов, если мы не знаем ни формата данных, ни коды, ни семантику этого процесса? И что, если до компьютера не дойдут все эти импульсы? Здесь уже не инженерная работа. Нужно, используя какую-то теорию работы мозга, попробовать настроить алгоритм на дешифровку. Но этой общей теории нет.
— Получается, что эти прогрессивные технологии бесполезны? И второй вопрос. Какие есть еще проекты, которые можно было бы сопоставить с Neuralink Маска?
— Не бесполезные. Я думаю, что и сам Илон Маск понимает, что задача слишком трудная, но то, что он уже сделал, можно потихонечку продавать. У нас полно проблем с мозгом чисто клинических. Что-то с этим нужно делать, а не случайным образом назначать лекарства, как сейчас. Мы знаем очаги патологии внутри мозга некоторых болезней (например, Паркинсона), их надо модулировать. И уже, в общем-то, принципы понятны, как это делать. Уже сотни тысяч человек на планете Земля ходят с вживленными чипами, чтобы купировать приступы эпилепсии. Они засекают предшествующий момент перед приступом и успевают быстро подавать туда ток.
Конкуренты Маска? В этой технологии их, конечно, нет. Он получил на этот проект около $200 млн, и больше никто столько не может получить. Но технологию Маска я не считаю революционной. Она просто накопительная — становится больше электродов. Но даже если они поставят 100 тысяч электродов, это все равно не сопоставимо с количеством нервных клеток в мозге, которых 86 млрд. Если мы хотим докапываться до каких-то глубинных вещей, надо больше знать о работе нервных клеток.
Есть еще одна технология, которая, может быть, дает нечто большее, но совсем по-другому — это оптогенетика. Я считаю, что это выдающееся методологическое открытие, в котором и российские ученые участвовали — например, Константин Анохин. Если коротко, это метод позволяет сделать так, чтобы клетки выдавали себя, если они начали процесс обучения. В нейронах во время обучения активируются так называемые ранние гены. Значит, можно за это зацепиться и сделать так, чтобы в этот момент в ДНК встроить такой ген, который синтезирует светящийся белок. Таким образом, работающий нейрон начинает светиться. Они сами себя выдают, нам не нужны никакие электроды. Нужен только способ, как теперь фиксировать эти светящиеся звездочки.
Есть обратная задача: а как повлиять на эти нейроны? Можно к ним же в компанию встроить еще такой ген, который синтезирует белки. Достаточно будет посветить на конфигурацию нейронов, и они активируются. В голове всплывет какое-то воспоминание.
Перенести мозг на носитель
— Мне очень понравилась аналогия со звездным небом. Возможно ли, на ваш взгляд, перенести структуру мозга на неорганический носитель, поняв, как это устроено?
— Все прекрасно знают, как можно сделать процессор в Китае с неизвестной структурой. Тонко-тонко порезать оригинал и сделать то же самое. Точно так же можно сделать с мозгами: тонко-тонко порезать и воспроизвести все эти связи. Но даже если мы воспроизведем, не зная принципов, мы дальше не продвинемся. Китайцы-то осведомлены о принципах работы процессоров, и это много дает. Вы сказали «структуру перенести», а главный вопрос, как содержание перенести?
Я в некоторых случаях говорю, это невозможно никогда. Потому что это персональный опыт человека, закрепленный в специфических связях нейронов. Мы рождаемся примерно с одним и тем же комплектом нейронов — 86 миллиардов. Дальше каждый день примерно 10–15 тысяч нейронов гибнут. Это нормальный процесс. Когда человек рождается, нейронов много, но связей мало. Маленький ребенок видит игрушку, но не может ее взять и промахивается, будто бы он не видит. Это происходит потому, что связи не развились. Связи нарастают по мере нарастания нашего опыта. Опыт лепит наш мозг. Уходит примерно одно и то же число нейронов у каждого из нас, но нейроархитектоника принципиально различается. Как это все переписать? Это какая-то безумная задача.
— А если сделать это с более простым мозгом?
— Мышь — это 70 млн нервных клеток. Каждая клетка имеет тысячи связей. Представляете, какая комбинаторика? В них закреплен персональный опыт этой мыши. Тем более, мы сами не мыши. Мы даже не знаем, что думают другие люди, не то что мыши.
Таракан — один миллион нервных клеток, опять помножьте на количество связей. Есть червячки, у которых 302 нейрона, но и с ними до сих пор возятся. Хотя схемотехника абсолютно известна, но промоделировать так, чтобы нервная импульсация, которая возникает у этого червя, совпадала с моделью, не получается. Это сделают в будущем, конечно. Но даже простые нервные системы очень трудно этому поддаются.
Теория сознания
— Немножко отступлю от биологических вопросов, задам вам вопрос про теорию сознания, раз уж мы заговорили о мышах и тараканах. Как наука вообще сейчас представляет, что такое сознание?
— Начинаете сложные вопросы задавать. Все вкладывают разный смысл в значение слова «сознание». Давайте попробуем подходить к вопросу так.
Главный инструмент, который приобрел человек в эволюции — язык, то есть он обозначил все объекты внешнего мира словами. Операции с понятиями называются мышлением. Человек теперь может оперировать многочисленными объектами внешнего мира в голове и создавать модели этого внешнего мира — это умение познавать. Это чудовищное преимущество в животном мире.
В этот круг познавательной активности мозга в какой-то момент попал сам человек. Начался процесс познания себя. Формирование моделей уже не внешнего объекта, а себя — это и есть сознание. Человек уже моделирует себя как отдельное существо. Вот эта конструкция, получается, и есть сознание.
Медитация и мозг
— Это порождает еще больше вопросов, но у нас ограниченное время. Давайте перейдем к заявленной в программе теме медитации. Почему вы вообще занялись изучением этого вопроса?
— У меня не опубликовано ни одной работы по медитации, но вообще эта тема интересует любого психофизиолога.
Очень-очень давно я услышал об особом состоянии сознания, в которое приводит какая-то медитация. Мне просто было интересно, на что будет с точки зрения нейробиологии похожа медитация: на какую-то таблетку, на какое-то состояние и так далее. Я поехал в Индию изучать йогов.
Что происходит с энцефалограммой в момент глубоких медитативных состояний? Ничего особенного, обычная энцефалограмма. Я пришел к выводу, что медитация — это своего рода тренинг, который люди проходят внутри себя. Там есть ступеньки: сначала надо одно достижение сделать, потом второе, третье. Это постепенный переход к новым уровням своего состояния. И в этом смысле концепция сознания как познание самого себя, в медитации выражена очень четко. Медитирующие стараются познать себя, не используя никакой внешний инструментарий, а только инструменты собственного мысленного познавания.
— Люди, которые обучают медитации, постоянно говорят о переходе на новые стадии, но я во время своих медитаций этого никогда не чувствовал. Можно ли эти стадии зафиксировать с помощью энцефалограммы?
— Энцефалограмма — грубый инструмент. Мне раньше более маститые профессора говорили: «Что вы используете? Энцефалограмма — это шум от паровоза. Что вы хотите по ней узнать?». Я в конце концов научился им отвечать: «Да, это шум от паровоза, но хороший механик в этом шуме кое-чего может услышать». Инструменты анализа энцефалограммы все более совершенствуются.
Чтобы что-то понять о стадиях медитации, нужно работать с людьми, которые этому хорошо научены. У тибетских монахов, между прочим, среднее образование — 16 лет. 16 лет надо учиться в монастырях. Они не изучают ни географию, ни физику, ни химию, ничего из нашей школы. Только буддийские тексты — они должны почувствовать, что в них написано. Пока они не дожмут это дело, они не переходят на следующую стадию. И, естественно, все они оказываются на разных этажах: кому-то удается забраться выше.
Сейчас я собираюсь в очередной поход: буду изучать тантрическую медитацию, которая интересна тем, что в ней много визуализации. Я смогу посмотреть, как эта стадия визуализации отражается на энцефалограмме.
— А можно ли процесс перехода на новый уровень ускорить?
— В буддийских текстах расписано, как манипулировать собственными ресурсами ума, чтобы научиться чему-то. Одна из центральных догм — все внутри головы, надо просто докопаться. Ничего удивительного, мистического здесь нет.
Мы прекрасно знаем, что в спорте используется идеомоторная тренировка: представь движение, которое нужно делать, и оно потом будет лучше получаться. С какой стати? Потому что это обучение внутри себя. Образы тренировали тебя. Нейроны выстроятся в соответствующий ряд и тебе легче это повторить.
Сохранить живой ум
— Я задам последний вопрос, личный. У вас, Александр Яковлевич, очень живой и подвижный ум. Поделитесь секретом, как эту живость ума поддерживать?
— Пожалуй, самый трудный вопрос, потому что я специально ничего не поддерживаю. Я в данном случае не идеальный объект для подражания, есть примеры лучше. Но в принципе у меня есть некоторый ответ. Мне кажется, должно быть свое дело, к которому испытываешь высокий интерес. Это может быть даже не дело, а одно или несколько увлечений. Накапливая глубокие знания по теме [увлечения], вы сможете тонко подсматривать закономерности этого мира. Даже на уровне детей видно, насколько это любопытство выглядывает из мозга. Возникает такая, это мой термин, когнитивная задолженность. Ментальная модель у ребенка уже появляется, она крутится и дополняется, детали должны друг с другом сходится. В какой-то момент что-то не состыковалось и возникает когнитивная задолженность: что-то не так. Это нас буквально толкает разбираться дальше. Точнее, кто-то глух к этому делу, а кто-то начинает допытывать, и он дает возможность этой модели достроиться. И даже не нужно много точных фактов для всех случаев: она достроит многие факты сама. В этом смысле модель становится богаче внешней среды.
Мне кажется, это даже выражено на уровне собак. У них ментальные модели тоже есть, но они очень-очень редуцированы в связи с редуцированностью языка. Любопытство у разных собак разное. Какая-то собака забежит, заглянет куда-то. И видно, что у нее потенциал, конечно.
В общем, мне кажется, что если человек вовлечен в восприятие, в продумывание, в жизнь в этом мире, то у него становится более богатая модель устройства физического мира. А она, конечно, создает такой внутренний комфорт, поскольку, вообще-то, мы живем в этой модели, а не во внешнем мире. Мы физический мир воспринимаем именно через эту модель.
Это избитая, конечно, тема, но все равно важный пример: я лично вас не вижу, я не знаю, как вы выглядите в реальном мире. Зрительная информация проникает к нам в мозг через глазной проем. Хрусталик — чисто оптическая система. Ваша проекция появляется у меня на задней стенке глазного яблока, на сетчатке. Но сетчатка же не мозг, как она будет работать с этой проекцией? Она должна ее передать в мозг. И вот тут-то получается проблема. В мозг по зрительному нерву идут нервные импульсы. Там нет никакого изображения. Проекции рассыпались на миллионы волокон, на кучу разных структур. Где там ваше реальное изображение? Нет. Физически я к вам не могу попасть в голову. Как же вы меня видите? Реконструкция. Чудо мозга.