Наука сознания. Современная теория субъективного опыта
Шрифт:
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] .
17
K. Hadeler, “On the Theory of Lateral Inhibition,” Kybernetik 14 (1974): 161–5.
Описанный механизм в глазу краба, пожалуй, один из самых простых и базовых примеров, модельный экземпляр внимания. Сигналы соревнуются друг с другом, победители усиливаются за
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.
18
S. Koenemann and R. Jenner, Crustacea and Arthropod Relationships (Boca Raton: CRC Press, 2005).
19
B. Schoenemann, H. P"arnaste, 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.
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.
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.
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
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.
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] .
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.
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.
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).
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.
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.