Как нас обманывают органы чувств
Тайна сознания, которая была приоритетом клуба Гельмгольца и темой выступления Богена, есть тайна того, кто мы. Наше тело, как и другие объекты, обладает физическими параметрами: координатами, массой и скоростью. Если, боже упаси, камень и тело человека одновременно упадут с Пизанской башни, оба ударятся о землю в одно и то же время.
С другой стороны, мы отличаемся от камней двумя ключевыми аспектами. Во-первых, мы обладаем чувствами. Мы чувствуем вкус шоколада, страдаем от головных болей, различаем запах чеснока, слышим трубы, видим помидоры, испытываем головокружение и наслаждаемся оргазмами. Если камни и испытывают оргазм, то не признаются.
Во-вторых, у нас есть «пропозициональные установки», например, вера в то, что у камней не болит голова, страх обвала на биржах, желание провести отпуск на Таити и удивление, почему не звонит Крис. Эти установки помогают нам предсказывать и интерпретировать свое поведение и поведение других людей. Если вы хотите провести отпуск на Таити и знаете, что для этого вам понадобится билет на самолет, то велика вероятность того, что вы купите этот билет. Ваши пропозициональные установки предсказывают и объясняют ваше поведение. Если Крис позвонит и скажет, что приезжает завтра на девятичасовом поезде, то ваше приписывание пропозициональных установок Крису – что он хочет и собирается приехать на поезде – позволяет вам предсказать, где он будет завтра в девять часов с большей легкостью, чем если бы вы знали состояние каждой частицы его тела.
Как и у камней, у нас есть физические свойства. Но, в отличие от камней, мы обладаем сознательным опытом и пропозициональными установками. Они тоже физические? Если так, то это неочевидно. Какова масса головокружения, скорость головной боли или координаты удивления по поводу молчания Крис? Во всех случаях сам вопрос содержит путаницу и несопоставимые категории. Головокружение не взвесить на весах; у удивления нет пространственных координат; головную боль не измерить ручным радаром.
Но сознательный опыт и пропозициональные установки неотъемлемая часть человеческой природы. Уничтожь их – и мы потеряем себя. Оставшиеся тела будут бесцельно брести по жизни.
Так что же вы за существо? Как ваше тело связано с вашим сознательным опытом и пропозициональными установками? Как ваши впечатления от чая масала связаны с активностью вашего мозга? Вы просто биохимический механизм? Если так, то как ваш мозг порождает ваш сознательный опыт? Вопрос глубоко личный и, как оказалось, глубоко загадочный.
Немецкий математик и философ Готфрид Лейбниц осознал эту тайну в 1714 году: «Вообще надобно признаться, что восприятие и все, что от него зависит, необъяснимо причинами механическими, т. е. с помощью фигур и движений. Если мы вообразим себе машину, устройство которой производит мысль, чувство и 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. Предположив это, мы при осмотре ее не найдем ничего внутри ее, кроме частей, толкающих одна другую, и никогда не найдем ничего такого, чем бы можно было объяснить восприятие»{8}.
Лейбниц изобрел множество устройств, включая часы, фонарики, пропеллеры, подводные лодки и гидравлические прессы. Он создал механический калькулятор – «колесо Лейбница», – который выполнял сложение, вычитание, умножение и деление с результатом до шестнадцати цифр. Он считал, что человеческую логику можно смоделировать с помощью вычислительных машин. Но не видел способа, чтобы машина генерировала опыт восприятия.
Английский биолог Томас Гексли был сбит с толку этой тайной в 1869 году: «То, что нечто столь замечательное, как состояние сознания, является результатом раздражения нервной ткани, столь же необъяснимо, как появление джина, когда Аладдин трет лампу»{9}.
Гексли был экспертом в анатомии и нейроанатомии. Он сравнивал мозг человека и других приматов, показывая, что схожесть в их строении поддерживает теорию Дарвина об эволюции человека. Но он не нашел в мозге ничего, что могло бы объяснить, как он генерирует сознательный опыт.
Американский психолог Уильям Джеймс сцепился с тайной сознания в 1890 году и воскликнул: «Движение становится чувством!» – никакая другая фраза, способная слететь с наших губ, настолько не лишена доступного пониманию смысла». Он соглашался с ирландским физиком Джоном Тиндалем, что «переход от физики мозга к соответствующим явлениям сознания непостижим»{10}. Фрейд столкнулся с тайной: «Можно говорить о двух аспектах в отношении того, что мы называем психикой (или психической жизнью): во-первых, это ответственный за нее орган тела… и с другой стороны – работа сознания… Все, что лежит в промежутке, для нас неведомо и не содержит какой-либо прямой связи между этими двумя крайними точками наших знаний»{11}. Джеймс и Фрейд проникли глубоко в суть человеческой психологии и понимали, что психология и нейробиология связаны. Но у них не было гипотез о том, как же мозговая активность может порождать сознательный опыт, они понятия не имели, как разгадать эту тайну.
Сознание до сих пор остается великой тайной науки. Специальный выпуск журнала Science[2] за 2005 год опубликовал 125 открытых вопросов в науке. Первое место занял вопрос: из чего состоит Вселенная? Заслуженная победа, учитывая, что сегодня 96 % вещества и энергии во Вселенной «темные», в том смысле, что для нас они «темный лес».
Второе место занял вопрос: каково биологическое обоснование сознания? Именно этим вопросом занимался клуб Гельмгольца. Над разгадкой этой тайны до сих пор бьются исследователи по всему миру.
Заметьте, как Science ставит вопрос. Каково биологическое обоснование сознания? Он подразумевает ответ, который ожидает большинство исследователей: что у сознания есть биологическое обоснование, что сознание каким-то образом обусловлено определенными биологическими процессами, или порождается ими, или тождественно им. Исходя из этого допущения, цель – найти биологическое обоснование и описать, как оно порождает сознание.
Нейронное происхождение сознания было рабочей гипотезой Фрэнсиса Крика. Он говорил: «Удивительная гипотеза заключается в том, что «Вы», ваши радости и горести, ваши воспоминания и амбиции, ваше чувство личностной тождественности и свободная воля в действительности не более чем результат поведения огромного сообщества нервных клеток и ассоциированных молекул… Вы всего лишь пучок нейронов»{12}.
Это была рабочая гипотеза клуба Гельмгольца, и по этой причине многие из приглашенных нами докладчиков, как, например, Джо Боген, были экспертами в нейробиологии. Мы искали подсказки, которые привели бы нас к особым нервным клеткам и молекулам, которые расколют тайну сознания. Как палеонтологи на раскопках, мы просеивали исследования наших докладчиков в надежде откопать откровения, которые смогут объяснить, почему одни физические системы обладают сознанием, а другие нет.
Наша надежда оказалась тщетной. На протяжении многих веков биологи искали механизм, который объяснял бы, почему одни физические системы живые, а другие нет. Но виталисты, считавшие, что живые организмы принципиально отличаются от неживых объектов, утверждали, что эти поиски потерпят крах, потому что, утверждали они, нельзя состряпать жизнь из неодушевленных ингредиентов физического мира; для этого требуется особый нефизический ингредиент – «сила жизни». Споры между виталистами и биологами продолжались вплоть до выдающегося открытия в 1953 году Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком двойной спирали ДНК, которое доказало неправоту виталистов. Эта структура с четырехбуквенным кодом и способностью к репликации гениально решила проблему сотворения жизни, механистически, исключительно из физических ингредиентов. Это позволило молодой области молекулярной биологии естественно сочетаться с дарвиновской теорией эволюции путем естественного отбора – и подарить нам инструменты для понимания эволюции жизни, расшифровки ее извилистого пути за миллиарды лет и создания технологий, которые позволят переделывать жизнь сколь угодно. Триумф механистического физикализма над витализмом был окончательным.
Вдохновленный этим триумфом, клуб Гельмгольца ожидал, что со временем сознание поддастся механистическому объяснению, изложенному языком нейробиологии, открывая новые горизонты для научных исследований и технологических инноваций. В 1993 году во время обеда в клубе Крик рассказал мне, что пишет книгу «Удивительная гипотеза» на тему нейробиологии и сознания. «Вы можете объяснить, как активность нейронов порождает сознательный опыт, например мое переживание красного цвета?» – спросил я. «Нет», – ответил он. «Если бы вы могли придумать любой биологический факт по своему желанию, приходит вам на ум такой, который позволил бы решить эту проблему?» – настаивал я. «Нет», – ответил он, но добавил, что мы должны продолжать исследования в нейробиологии, пока какое-нибудь открытие не подскажет решение.
Крик был прав. В отсутствие математического доказательства обратного и учитывая впечатляющий прецедент с ДНК, имеет смысл искать двойную спираль нейробиологии – ключевой факт, открытие которого разгадает тайну сознания. Может статься, что наша сознательная сеть из мечтаний, стремлений, страхов, самоощущений и свободной воли скручена из пучка нейронов при помощи удивительного механизма, который мы не предвидим. Наша неспособность представить этот механизм не исключает его существования. Может быть, мы недостаточно умны, и эксперимент научит нас тому, о чем мы не догадались, сидя в кресле. В конце концов, мы вкладываемся в эксперименты, потому что они часто вознаграждают нас сюрпризами.
Возьмем, например, эксперименты, которые проводил на пациентах с расщепленным мозгом нейробиолог Роджер Сперри. Они раскрыли много удивительного о человеческом сознании. В одном эксперименте человек смотрит на крестик в центре экрана. Потом на экране на долю секунды появляются два слова: КЛЮЧ и КОЛЬЦО. КЛЮЧ слева от крестика, а КОЛЬЦО – справа. Вот так: КЛЮЧ + КОЛЬЦО.
Если спросить у обычных наблюдателей, что они видели, все скажут: «Ключ кольцо». Легкотня. Доля секунды – достаточное время, чтобы прочитать слова.
Но если спросить пациентов с расщепленным мозгом, то они скажут: «Кольцо». Если спросить: «Какое кольцо? Обручальное, для колокольчика, для ключей?» – они заладят: «Кольцо». Они не смогут сказать, какое именно кольцо.
Затем пациенту с расщепленным мозгом завязывают глаза и приносят коробку с предметами: кольцо, ключ, карандаш, ложка, кольцо для ключей и тому подобное. Вы просите пациента сунуть левую руку в коробку и достать предмет, название которого было на экране. Он шарит левой рукой по коробке, перебирая предметы, пока не найдет желаемое. Когда же он наконец вытаскивает левую руку из коробки, там всегда ключ. Во время поиска левая рука могла наткнуться на кольцо для ключей и отбросить его.
Когда пациент с завязанными глазами вытаскивает руку из коробки, его спрашивают: «Что у вас в левой руке?» Он говорит, что не знает. «Можете предположить?» Он называет маленькие предметы, которые могут поместиться в коробку, вроде карандаша или ложки. Но угадывает только случайно.
Затем пациента с завязанными глазами просят залезть в коробку правой рукой и достать предмет, название которого было на экране. Правая рука достает кольцо. Во время поиска правая рука может наткнуться на кольцо для ключей. Если спросить пациента: «Что у вас в правой руке?» – он правильно и уверенно ответит: «Кольцо».
Теперь, пока пациент все еще держит по предмету в каждой руке, вы убираете повязку, даете ему посмотреть на обе руки и спрашиваете: «Вы сказали, что видели слово „кольцо”. Так почему у вас в левой руке ключ?» Пациент или понятия не имеет, или вообще выдумывает, сочиняя фальшивую историю, которая звучала бы правдоподобно. Потом его просят: «Нарисуйте, пожалуйста, левой рукой, что вы видели». Он рисует ключ.
Объяснение подобных экспериментов сделало Роджера Сперри одним из лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1981 году.
Объяснение Сперри было простым и мудрым. Когда вы сосредоточены на крестике в связке КЛЮЧ + КОЛЬЦО, нейронные проводящие пути от глаза к мозгу отправляют КЛЮЧ только в правое полушарие, а КОЛЬЦО – только в левое. Если мозолистое тело нетронуто, правое полушарие сообщает левому про КЛЮЧ, а левое сообщает правому про КОЛЬЦО, и человек видит КЛЮЧ КОЛЬЦО.
Если мозолистое тело рассечено, полушария больше не взаимодействуют. Правое полушарие видит КЛЮЧ, левое видит КОЛЬЦО, и ни одно не видит КЛЮЧ КОЛЬЦО. Левое полушарие умеет говорить, а правое – не умеет (за исключением таланта сквернословить, что становится болезненно очевидно, когда из-за инсульта человек не может говорить, зато матерится как сапожник). Таким образом, если у пациента с расщепленным мозгом спросить, что он видит, левое полушарие ответит: «Кольцо».
Левое полушарие контролирует правую руку. Если пациента попросить взять правой рукой предмет, который он видел, то левое полушарие, управляющее правой рукой, выберет то, что оно видело: кольцо.
Правое полушарие контролирует левую руку. Если пациента попросить взять левой рукой предмет, который он видел, то правое полушарие, управляющее левой рукой, выберет то, что оно видело: ключ. Но если спросить, что у него в левой руке, пациент не сможет ответить, потому что только правое полушарие знает и только левое полушарие говорит.
«Удивительная гипотеза» предлагает убедительное объяснение: если сознание порождается взаимодействием пучка нейронов, то рассечение этого пучка – и их взаимодействия – может расщепить сознание.
Нетренированной интуиции покажется маловероятным, что сознание можно расщепить скальпелем. Что значит расщепить мои чувства, мои знания, мои эмоции, мои убеждения, мою личность, самое меня? Большинство из нас отмахнется от этой идеи, как от абсурдной. Но для Сперри после многих лет тщательных экспериментов доказательство было ясно как день: «В сущности доказательство, как мы его видим, подтверждает мнение, что субдоминантное полушарие действительно обладает сознанием, и более того, что оба разделенных полушария одновременно обладают сознанием с разными и даже противоположными мыслительными процессами, которые происходят параллельно»{13}.
Подтверждений этому выводу находилось все больше. У одного пациента различались карьерные цели двух полушарий: левое полушарие говорило, что хочет быть «чертежником», а правое полушарие, выводя буквы левой рукой, писало, что хочет быть «автогонщиком»{14}. У другого пациента левое полушарие использовало правую руку, чтобы застегивать рубашку, а правое тут же расстегивало пуговицы левой рукой; правая рука поджигала сигарету, а левая тушила. Казалось, будто в одном черепе бок о бок существуют – и иногда спорят – две личности со своими предпочтениями и антипатиями.
Их различия могут выходить за пределы личного в область теологии. У одного пациента, наблюдаемого нейробиологом В.С. Рамачандраном, благочестивое левое полушарие верило в Бога, а нечестивое правое – нет{15}. Когда зазвонит колокол и оба полушария подойдут к райским вратам, потребуется ли святому Петру помощь царя Соломона? Или безжалостное соломоново решение уже исполнил скальпель Богена? Непростые вопросы для будущей нейротеологии.
Что же мы за существа, если наша вера, желания, личности и, возможно, участь наших душ можно рассечь скальпелем? Почему мы обладаем сознанием? Что есть сознание? Может ли нейронаука разрешить вечную тайну человеческого сознания? Прожектор науки, глубоко проникший в сферу неодушевленного – черные дыры, связанные кварки, медленные тектонические плиты, – теперь направлен на самое важное для нас: наш глубоко личный мир сознательных убеждений, желаний, эмоций и чувственных восприятий. Сможем ли мы хоть краем глаза взглянуть или даже постичь самих себя? К этому и стремится наука о сознании.
Достижение этой цели потребует тщательно продуманных экспериментов и толику удачи. Многие экспериментаторы ищут взаимосвязи между активностью нейронов и сознанием, ожидая, что, как только поиски увенчаются успехом, как только список взаимосвязей увеличится, критическое открытие раскроет тайну сознания, совсем как двойная спираль раскрыла тайну жизни.
Мы знаем, что определенная активность мозга связана с определенными сознательными (и бессознательными) психическими состояниями. Как мы обсуждали, деятельность целого левого полушария, если его хирургически отсоединить от правого, связана с набором состояний сознания, отличным от правого. Но на более тонких уровнях нервной организации мы обнаруживаем изобилие интригующих взаимосвязей.
Например, активность в поле V4 височной доли связана с восприятием цвета{16}. Инсульт в V4 левого полушария приводит к тому, что пациент теряет цвета в правой половине видимого мира, такое расстройство называется полуахроматопсия. Если пациент смотрит, скажем, в центр красного яблока, то левая половина яблока выглядит красной, а правая – серой. Если же, наоборот, инсульт повредил поле V4 в правом полушарии, то правая половина яблока выглядит красной, а левая – серой.
Обычный человек может ненадолго проникнуть в цветной мир полуахроматопсиков с помощью Транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС). ТМС вызывается сильным магнитом, расположенным близко к голове, чье магнитное поле направлено либо на усиление, либо на ослабление активности в близлежащих областях мозга. Если ТМС уменьшает активность в V4 левого полушария, то у человека пропадают цвета в правой половине мира: если он смотрит прямо на красное яблоко, правая половина яблока выцветает до серого{17}. Выключите ТМС – и красный цвет снова наполнит правую половину яблока. Если стимулировать ТМС поле V4, то человеку привидятся «хроматофены» – цветные круги и гало{18}. С помощью ТМС вы можете наполнить сознание цветами или выкачать их из сознания.
Активность в участке мозга, называемом постцентральной извилиной, связана с восприятием прикосновения. Нейрохирург Уайлдер Пенфилд докладывал в 1937 году, что стимуляция электродами этой извилины в левом полушарии порождает ощущение прикосновения в левой стороне тела{19}. Эта связь системная: расположенные рядом участки извилины соотносятся с расположенными рядом участками тела, а наиболее чувствительные органы тела, такие как губы и кончики пальцев, представлены на более обширных участках извилины. Если стимулировать извилину ближе к середине мозга, вы почувствуете прикосновение к пальцам ног. Если провести электродом вдоль извилины, стимулируя больше боковых точек, ощущения, за некоторым исключением, будут подниматься по телу. Интересны исключения. Лицо, например, располагается в извилине рядом с ладонью, пальцы ног рядом с гениталиями – по предположению В. С. Рамачандрана, этот факт может иметь отношение к фут-фетишам{20}.
Многие сегодняшние эксперименты продолжают охоту за «нейронными коррелятами сознания» или НКС{21}. Этой охоте помогают разнообразные технологии измерения нейронной активности. Например, функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) отслеживает нейронную активность, измеряя мозговой кровоток: нейронная активность, как и мышечная активность, требует большего притока крови, чтобы удовлетворить потребность в дополнительной энергии и кислороде. Электроэнцефалография (ЭЭГ), используя электроды на поверхности кожи головы, отслеживает нейронную активность, измеряя создаваемые ею малейшие колебания напряжения. Магнитоэнцефалография (МЭГ) отслеживает нейронную активность, измеряя малейшие колебания магнитных полей. Микроэлектроды способны регистрировать одиночные сигналы, называемые пиками или потенциалами действия, отдельных нейронов или их небольших групп. Оптогенетики используют свет различных цветов, чтобы контролировать и отслеживать активность нейронов, которые генетически сконструировали, чтобы реагировать на определенный цвет.
Стратегия охоты за НКС имеет смысл. Если мы хотим теорию, которая свяжет нейроны и сознание и у нас нет убедительных идей, тогда мы можем начать с поиска взаимоотношений между ними. Изучая эти отношения, мы можем открыть алгоритм, который включит концептуальную лампочку. Путь от взаимоотношений к причинно-следственной связи, несомненно, полон подводных камней: если на железнодорожной платформе собирается толпа, значит скоро придет поезд{22}. Но не толпа заставляет поезд прибывать. Связь между толпами и поездами создает нечто другое – расписание поездов.
НКС являются ключевыми данными для теории сознания. Такая теория должна выполнять две задачи. Она должна очертить границу между сознательным и бессознательным, и она должна объяснить источник и широкое разнообразие наших переживаний: вкус лимона, боязнь пауков, радость открытия.
Для более простой (однако непростой) задачи разграничения сознательного и бессознательного нам надо знать, как мозговая активность одного отличается от другого. Здесь есть любопытные данные. Например, в нормальном сознании нейронная активность не беспорядочна, но и не слишком стабильна, а находится в балансе, как опытный пеший турист, который не порхает с места на место, но и не топчется на одном пятачке, а вдумчиво исследует территорию. Пропофол, индуцирующий общую анестезию, делает нейронную активность медлительно стабильной{23}.
Для сложного случая специфических переживаний – вкус шоколада или боязнь пауков – мы хотим найти крепкую связь между нейронной активностью и каждым переживанием. Но что значит «крепкую»? Это нелегко выразить точно. Многие исследователи предполагают, что это минимальная нейронная активность, которой при правильных условиях достаточно, чтобы переживание состоялось{24}. Они ищут эту минимальную активность методом сравнительного анализа – сравнивают, как меняется нейронная активность, когда меняется переживание. Например, если вы посмотрите на куб Неккера на рис. 1, у вас будет два разных переживания. Изменение нейронной активности, отмечающее ваше переключение между переживаниями, может и быть НКС для вашего восприятия куба. Ловкий трюк этого эксперимента состоит в том, что ваше переживание переключается, но изображение не меняется. Так легче приписать ваше переключение сознательного переживания изменению нейронной активности. Но все же эта активность может и не являться НКС. Некоторая активность может быть предтечей НКС или последствием НКС, а не непосредственно НКС{25}. Требуются тщательные эксперименты, чтобы отделить эти вероятности друг от друга.
Рис. 1. Куб Неккера. Если посмотреть в центр куба, то иногда мы видим впереди грань А, а иногда грань В.
НКС важны для теории, а также для практики. Арахнофобия – чрезмерная боязнь пауков – связана с активностью в миндалевидном теле. Стимуляция этого страха и его НКС в миндалевидном теле избавляет от них обоих. Мерел Киндт, психотерапевт из Нидерландов, для лечения арахнофобии сначала просит пациента дотронуться до живого тарантула, таким образом активируя фобию и ее НКС. Затем она дает пациенту 40 мг пропранолола, бета-адреноблокатора, который препятствует НКС отложиться в памяти. Когда пациент возвращается на следующий день, фобия пропадает{26}. Эта терапия имеет потенциал для лечения других фобий, а также посттравматического стрессового расстройства.
Другой пример использует оптогенетику, биологическую технологию, которая при помощи света контролирует генетически модифицированные нейроны. С помощью оптогенетики теперь возможно щелчком выключателя активировать НКС для позитивного ощущения, а затем так же быстро выключить его. Кристин Денни из Колумбийского университета реализовала этот замечательный трюк, используя генетически модифицированную мышь с геном водоросли, который кодирует чувствительный к свету белок{27}. В природе водоросль с помощью этого белка реагирует на свет. В модифицированной мыши ген тихо прячется, никак себя не проявляя, пока не введут препарат тамоксифен. Тогда на короткое время любые нейроны, возбужденные током, активируют ген и встраивают белок в свои мембраны. Денни помещает подопытную мышь в среду, которая ей нравится: мягкую, полутемную, с укромными местечками. Мышь счастливо исследует идиллическое место, и все нейроны, задействованные в создании счастливого НКС, встраивают белок в свои мембраны. Затем Денни может запустить НКС счастья при помощи оптоволокна, посылающего в мозг мыши цветной свет, активирующий белок. Даже если мышь сидит в страшном месте – твердом, ярком, где негде спрятаться, – она ощущает себя в благодатном месте, пока не выключат оптоволокно. Тогда мышь замирает от страха. Включите свет снова – и снова она счастливо прихорашивается и исследует.
Это поразительные применения НКС. И также поразительна наша полнейшая неспособность понять отношения между НКС и сознанием. У нас нет никаких научных теорий, которые объясняли бы, как мозговая активность – или компьютерная активность, или любой другой вид физической активности – может обуславливать, быть или как-то порождать сознательный опыт. У нас нет ни одной хотя бы мало-мальски убедительной идеи. Если рассматривать не только мозговую активность, но также сложные взаимодействия между мозгами, телами и окружающим миром, мы все равно провалимся. Мы в тупике. Наш полный провал заставляет некоторых называть это «трудной задачей» сознания или просто «тайной»{28}. Нам известно гораздо больше нейронаук, чем Гексли в 1869 году. И все же каждая научная теория, которая пытается вывести сознание из сложных взаимодействий мозга, тела и окружающего мира, всегда обращается к чуду – именно в той критической точке, где опыт созревает из сложности. Эти теории – машины Годберга, которым не хватает ключевого домино и требуется незаметный толчок, чтобы довести дело до конца.