Всемирный разум
Шрифт:
Глава пятая. Наш мозг сложнее, чем Галактика
Если мы намерены вести разговор о том, как подключиться к человеческому мозгу, то нужно представлять себе его устройство. Начнем с общей картины, затем рассмотрим особенности, исключительно важные в связи с возможным применением имплантов, и, наконец, сосредоточим внимание на нейронах как таковых.
Мозг – не однородная, как желе, масса из нейронов. Если его препарировать, то можно заметить: внутренняя часть у него – белого цвета, а внешняя («корковая оболочка», если угодно) выглядит серой. Последнюю еще называют новой корой, или неокортексом ( neocortex). Этимология термина восходит к латинскому выражению «новая кора», потому что таковой она представлялась первым анатомам. Ее глубина – около двух миллиметров, что составляет толщину примерно шести визитных карточек. Казалось бы, совсем немного, однако именно в неокортексе сосредоточена основная часть нашей сознательной деятельности. Именно здесь интерпретируется сенсорная информация, формируются направляемые к органам и частям тела команды, а также вырабатываются осознанные решения.
Может показаться довольно странным, что столь важные мыслительные процессы происходят на поверхности мозга, а не в его глубине. Однако этому есть два ясных объяснения. Во-первых, новая кора – наиболее «юная» в эволюционном смысле часть мозга. Она как бы венчает собой пирамиду тех структур,
С нашей точки зрения, очень удобно, что «продвинутая» деятельность мозга совершается именно на его поверхности. Это означает: чтобы «подслушать» немало интересного, нам не придется углубляться более, чем на два миллиметра. Кроме того, какую бы хирургическую операцию нам ни понадобилось провести, сделать ее будет легче и безопаснее.
Неокортекс, как и многие другие ткани мозга, образован из особых клеток, называемых нервными. Каждая из них – или нейрон – имеет три основных части. Дендриты предназначены для принятия «входящих» сигналов (inputs), поступающих от других нейронов. Тело , или ядро нейрона, представляет собой основную часть такой клетки. И есть еще аксон, назначение которого – посылать «исходящие» сигналы (outputs). У большинства нейронов есть по одному аксону, однако последний обычно на некотором расстоянии от ядра начинает ветвиться, благодаря чему может соприкасаться с дендритами многих других нейронов.
Нейрон должен воспринимать электрические разряды, которые называются потенциалами действия и передаются дендритами. Обрабатывая входящую информацию, он «решает», передать ли ему по аксону свой импульс потенциала действия. То есть нейрон – это, в сущности, маленькое устройство для принятия решений. Вопрос о том, сколько в человеческой голове подобных решающих устройств, все еще обсуждается, однако обычно приводится цифра 100 миллиардов [77] .
Область, в которой аксон одного нейрона встречается с дендритами другого, называется синапсом . Сила последних может различаться. Некоторые передают сигнал (потенциал действия) даже при слабом возбуждении, другие же нуждаются в более высоком уровне электрического заряда. Сила конкретного синапса может изменяться, иногда – очень быстро. Более того, нейроны постоянно создают новые синаптические связи, а в некоторых случаях – разрушают уже созданные. Вот почему геометрия связей между ними постоянно изменяется. Поэтому точная конфигурация синапсов в определенный момент времени показывает, в какой именно области размещается очаг нервного возбуждения.
Сколько синапсов включает в себя человеческий мозг? Каждый кубический миллиметр новой коры содержит их от 860 миллионов до 1,3 миллиардов [78] . По примерной оценке, в неокортексе их – от 164 до 200 триллионов. Общее же число синапсов в мозге в целом – значительно больше. В одном из исследований указывается: для составления карты-схемы всех синаптических связей мозга (при существующем уровне технологического развития) понадобилось бы 10 тысяч работающих в автоматическом режиме микроскопов и 30 лет непрерывных наблюдений, а для записи полученных данных – компьютерный жесткий диск емкостью в 100 миллионов терабайт [79] .
Это значит, что человек, который ночью смотрит в усыпанное мириадами звезд небо и думает, как он мал, воспринимает все ошибочно. Да, физически человеческое существо меньше Галактики. Однако его головной мозг содержит столько же нейронов, сколько она – звезд. А именно – 100 миллиардов. (Забавно, но это сущая правда). К тому же синаптические связи между нейронами позволяют передавать объем информации больший, чем тот, что возможен между звездами. Воздействовать друг на друга силами гравитации и, если расстояние не слишком велико, обмениваться тепловым излучением – вот и все, что те могут. Между тем, происходящее в головном мозге каждого из нас – на много порядков сложнее, чем что-либо в небе у нас над головами.
И лучшее тому доказательство я вижу вот в чем: когда бы человек ни говорил себе, как он мал, Галактике нечего сказать ему в ответ. Она недостаточно сложна, чтобы иметь свои собственные мысли. Путь эволюции, вероятно, таков, что в процессе развития возникают меньшие по размерам, но все более сложные формы жизни. Галактики очень стары. Мозги же тех, кто обладает самосознанием, пользуется языком и создает орудия труда, напротив, очень молоды.
Именно синапсы, а не нейроны превращают мозг в то, чем он является. Синаптические связи возникают и исчезают легко, потому что два нейрона в действительности никогда не соприкасаются в полной мере – между ними всегда остается небольшая щель. Этот промежуток могут заполнять особые химические вещества, и их присутствие позволяет дендритам передавать сигнал ядрам нейронов. Фундаментальным можно считать тот факт, что мозг представляет собой не столько электрическую, сколько химическую сеть взаимосвязей. В самих нейронах информация передается посредством электрических импульсов, но между нейронами – с помощью химических веществ.Большинство нейронов в неокортексе имеют от 1 до 10 тысяч синаптических связей. В других частях мозга (например, в мозжечке) нейроны одного типа могут иметь от 150 до 200 тысяч таких связей [80] . Даже наименьшие из этих цифр таковы, что в них трудно поверить. Каким образом один малюсенький нейрон может быть связан с тысячей других, не говоря уж о 200 тысячах? Однако давайте еще раз взглянем на изображение нейрона из неокортекса. Из ядра этой нервной клетки выходит один аксон – этим путем наш нейрон передает сигнал другим нейронам. Дендриты в верхней части рисунка показывают, как наш нейрон получает импульсы от других нервных клеток. Нельзя не заметить: для создания соответствующих связей есть немало возможностей. В свободном от связей пространстве находятся «дыры» – места прохождения капилляров. Их можно легко представить в виде трубок, проходящих через лист бумаги под углом в 90 градусов. Нанопроводники, с которыми экспериментирует Линас, идут по капиллярам так, как показано на иллюстрации ниже.
Вот аналогия, с помощью которой можно представить уровень развития и всю сложность головного мозга человека. Находясь в толпе, вы можете двумя руками коснуться двух других человек. Однако вообразите себе, что у вас три или четыре руки, и на каждой есть несколько десятков пальцев длиной в несколько футов. А на них, как на ветвях дерева, имеется по несколько десятков отростков, и каждый – длиннее того пальца, от которого тянется. А теперь вообразите, насколько плотную сеть, проникая в толпу, смогут образовать ваши конечности, и их пальцы, и отростки на кончиках последних! Почувствуйте, как они пульсируют и сжимаются. И не забудьте, что нарисованная в вашем воображении толпа должна существовать в условиях нулевой гравитации – так что частицы, ее составляющие, будут еще и плавать вокруг вас, поднимаясь и опуская в трехмерном пространстве.
Все эти импульсы и сжатия, которые вы ощущаете, – они у вас в голове, и вы суммируете их. Когда в некий момент их становится достаточно много, вы можете направить наружу собственный «большой» импульс, вобравший в себя энергию всех «малых». Либо вы направляете последние наружу регулярно, но, получая извне определенную их порцию, на некоторое время делаете паузу. Кроме того, вы можете самостоятельно менять ритм такого взаимодействия. Однако почему вы это делаете, вы и сами не знаете. Просто вам известно, что все должно происходить подобным образом, и не нужно ничему мешать.
Что, если нам расширить границы этой аналогии и приблизить ее к реальной деятельности головного мозга? Представьте себе, что находитесь в толпе из 100 миллиардов человек. (В то время, когда пишутся эти строки, население Земли составляет 6,8 миллиардов). При этом руки тех, из кого состоит воображаемая толпа, не только встречаются и крепко хватают друг друга, но и периодически разжимаются и находят контакт с другими руками. Случается, некоторые люди умирают и их руки бессильно падают – зато в других местах рождаются и занимают свои места новые участники происходящего. (Мозг может создавать новые нейроны – в добавление к уже установившимся синаптическим связям). Иными словами, сетевая структура , о которой мы говорим, может изменяться – причем в широких пределах – в двух отношениях.
Еще одна примечательная особенность. Значительная часть активности осуществляется циклическим образом. Руки у некоторых людей в придуманной нами толпе могут быть заметно длиннее, чем у прочих, и потому способны протянуться очень далеко. Те, чьих рук коснулись, отвечают тем же. Это значит, что возбуждение в одном месте влияет на уровень возбуждения в другом. Волна, возникшая во втором очаге возбуждения, возвращается обратно и, в свою очередь, воздействует на первый. Тот возвращает во второй очаг сигнал, уже усиленный возвратной волной. И так далее по нарастающей. В результате образуется циклическая петля активности. Вот это и есть наши рекуррентные взаимосвязи, или петли обратной связи с возвратным усилением сигнала. В подобных условиях сигнал на выходе из системы (головной мозг человека) теряет линейный характер . Это значит, что его невозможно легко спрогнозировать, поскольку на входе на него влияют, изменяя его, слишком много (пусть даже относительно слабых) воздействий.
Если принять подобную точку зрения, то толпа в 100 миллиардов человек и 1 квадрильон встречающихся рук – точный образ того, что существует в каждом из нас. Целая вселенная, обращенная к самой себе. И ведь это еще не все – вокруг есть немало других подобных толп. Всего – 6,8 миллиардов. И применительно к каждой действует та же закономерность: исходящий сигнал способен изменять входящий. Ваша мысль воздействует на мысли другого человека, его мысли, в свою очередь, отражаются на ваших собственных, а те вновь влияют на мысли окружающих – и цикл продолжается снова и снова.
Один мозг («100 миллиардов человек») устанавливает связь с триллионами «рук» – и возникает симультанное многоуровневое циклическое взаимодействие с возвратным усилением сигнала. Оно материально и подчиняется законам физики, но имеет совершенно нелинейный характер. Фактически, оно существует на грани полного хаоса, но никогда не теряет внутренней организации. Напротив, множественность случайных связей только усиливает самодостаточность подобного взаимодействия.
Оно невероятно плотное. Безумно сложное. Возможно, сложнее Галактики.Наш мозг проще, чем Галактика
Если мозг человека, занимая так мало места в пространстве, имеет столь сложную структуру, то как нам, располагая весьма примитивными инструментами, извлечь из него необходимую информацию? И как разработать программное обеспечение (ПО), обрабатывающее результаты и предназначенное для суждения по ним о наших эмоциях, воспоминания и намерениях? Все, что мы можем сделать сегодня, – это установить корреляцию: паттерн X соотносится с поведенческой моделью Y.
С точки зрения разработчика ПО, мозг человека должен быть сложным и трудным для понимания. Он без особого труда может сделать многое такое, что останется недоступным для любого компьютера – даже после многолетних усилий программистов. Двухлетний младенец в состоянии узнавать и помнить человеческое лицо, как бы ни менялись освещенность, расстояние или угол зрения. А вот компьютер на такое не способен – несмотря на миллиарды циклов обработки данных и гигабайт оперативной памяти. Даже в тех областях, где он хорошо себя показал, границы его «понимания» остаются мучительно узкими. Deep Blue – суперкомпьютер IBM, обученный играть в шахматы и переигравший в 1997 году чемпиона мира [81] , – не умеет играть в шашки. Несмотря на всю свою скорость и мощь, компьютеры не обладают ни гибкостью, ни самобытностью мышления, ни интуитивностью, свойственными человеческому мозгу. Легко прийти к заключению: в последнем скрывается некое изумительно сложное устройство, к пониманию которого мы еще и не подступались.
Однако не все так безнадежно. Да, как мы уже убедились, мозг устроен сложно. Тем не менее, такие вещи, как зрение, язык или движение, с точки зрения нашего мозга, очень просты. Мы без труда узнаем людей в лицо. Произнося вслух слова, мы постоянно обращаемся к нашему сознанию, не испытывая особых затруднений. И способны проложить себе путь через запруженное людьми помещение, даже не задумываясь о маршруте.
А как вам новая радикальная идея, о которой перешептываются представители нейронауки: мозг легко проделывает то, что легко на самом деле ? Суть в том, что сама схема действий должна быть очень простой. Если посмотреть на проблему в иной перспективе, сложность мозга обратится в нечто очень простое? Как, например, когда проходишь мимо сада, видишь, что деревья постепенно выстраиваются в стройные ряды – стоит лишь взглянуть на них под нужным углом.
Механизм этой сложности должен быть простым, утверждает в своей книге «По воле интеллекта» («On Intelligence») Джефф Хокинс (Jeff Hawkins). Хокинс был главой Palm и разработчиком системы распознавания знаков при рукописном вводе текста. Это ПО используется в Palm V, который мне так нравится. Прежде чем возглавить Palm, Хокинс изучал искусственный интеллект, однако ушел из этой области. Свое решение он объяснил тем, что, по его мнению, господствовавший тогда подход был неоправданно узким: исследователи концентрировали усилия на создании абстрактных алгоритмов – вместо изучения того, как действуют биологические системы. Хокинс принялся самостоятельно изучать нейробиологию и не один год занимался ею как ученый-любитель. Ему удалось подхватить и развить идеи Вернона Маунткастла (Vernon Mountcastle), работавшего под началом Джона Хопкинса (Johns Hopkins), и предложить заветную модель мозговой активности. Если Хокинс прав, то расшифровывать нервную деятельность станет значительно легче.