Прийти в сознание. Научные споры об устройстве мозга и свободе воли

Сознание — это субъективные переживания человека, вызванные образами, звуками, запахами, ощущениями, внешними и внутренними событиями. Оно позволяет дать оценку происходящим событиям и определить их значение, объясняет наше понимание человеческого «я» и придает жизни вкус, а возможно, и смысл. С другой стороны, сознание — это неуловимый мыслительный процесс, который многие века не удавалось описать исследователям. Никто не мог понять, откуда оно берется и где скрывается или образуется. А вопрос этот совсем не праздный — например, для десятков тысяч пациентов, оказавшихся в сознании и ощущавших боль во время операций под наркозом, для людей с повреждениями мозга или для 10–20% тех, кто скован параличом, не может реагировать на внешние раздражители, но имеет признаки мыслительных процессов.

Пари на четверть века и ящик вина

В 1998 году, на второй ежегодной конференции Ассоциации научных исследований сознания (Association for the Scientific Study of Consciousness, или ASSC) нейроученый Кристоф Кох поспорил с философом Дэвидом Чалмерсом на бутылку мадеры 1978 года, к которой прилагались еще пять бутылок хорошего красного вина. 

Предлагая пари, Кристоф Кох (сегодня — заслуженный исследователь Алленовского института наук о мозге в Сиэттле) был окрылен идеей развития новых технологий и убежден, что в ближайшие 25 лет ученые разберутся, как функционирует сознание на уровне мозга и нейронов. В конце ХХ века в лабораториях стали появляться аппараты функциональной магнитно-резонансной томографии, позволявшие увидеть мельчайшие изменения кровоснабжения мозга и оценить его активность. Настоящим чудом казалась оптогенетика, благодаря которой можно индивидуально стимулировать отдельные группы нервных клеток. «Меня захватили эти методы. Я думал: [расшифровать природу сознания] через 25 лет? — Не проблема», — признался Кох.

Его оппонент Дэвид Чалмерс, ныне директор Центра изучения мышления, мозга и сознания (Center for Mind, Brain and Consciousness) в Университете Нью-Йорка, с самого начала не верил, что за какую-то четверть века удастся выбрать одну главенствующую теорию, непротиворечиво и полно описывающую работу человеческого сознания.

Чтобы разрешить спор, было решено провести серию «состязательных» экспериментов и проверить таким образом гипотезы об устройстве сознания.

Трудная проблема сознания

Суть экспериментов заключалась в том, чтобы разными методами получить и сравнить показатели активности различных областей мозга. Конечная цель этих исследований, проведенных шестью независимыми лабораториями, — подтвердить или опровергнуть теории о работе человеческого сознания. Среди их многообразия можно выделить две наиболее жизнеспособные: теорию интегрированной информации (IIT) и теорию глобального рабочего пространства (GNWT).

IIT предполагает, что сознание «живет» в структуре, которую образуют в мозге особые нейронные связи, и возникает заново в задней части коры больших полушарий каждый раз, когда мы отвечаем на какой-либо стимул: например, смотрим на картинку, реагируем на новость или чувствуем прикосновение. Как объясняет философ Дэвид Чалмерс, описать работу сознания в чисто физических терминах и принципах по-прежнему сложно. Не зря философы называют порождение субъективного опыта, ощущений, появляющихся у нас при восприятии окружающего мира, трудной проблемой сознания. Поэтому IIT идет в обратном направлении — принимает существование сознания за аксиому и движется от него к физическим принципам. Если бы теория интегрированной информации оказалась верной, философы смогли бы решить проблему объяснения квалиа, или свойств чувственного опыта человека.

Вторая теория — GNWT — описывает сознание как общее рабочее пространство, где взаимодействуют и конкурируют независимые процессы мозга, или когнитивные модули. Сознание возникает, когда информация транслируется в префронтальную кору мозга через взаимосвязанную сеть. Эта передача информации ограничена началом и завершением чувственного опыта. Теория глобального рабочего пространства представляет работу мозга немного похожей на сюжет мультфильма «Головоломка», где несколько модулей (только в мультфильме это эмоции) человека «соревнуются» за то, кто возьмет управление на себя. Даже если принципы GNWT окажутся неверны, стоит поблагодарить исследователей за ее наработки, которые пригодились в развитии нейросетей и высокочувствительных роботов.

По итогам экспериментов удалось доказать, что зоны в задней части коры больших полушарий действительно хранят информацию, — там и должна располагаться структура, описанная сторонниками IIT. При этом ученые не обнаружили синхронизацию разных зон мозга, которую тоже предсказывает теория интегрированной информации. Таким образом, теория подтвердилась не полностью.

GNWT тоже нашла подтверждение не в полном объеме. В префронтальной области коры мозга действительно обнаружили активность, которая могла бы оказаться трансляцией информации. Однако этот процесс, согласно теории, должен происходить в начале и в конце переживания ощущения. В процессе эксперимента удалось зафиксировать трансляцию лишь в его начале.

Физики пришли в сознание

Пока что был опубликован только препринт описания этих экспериментов, то есть работа не прошла оценку исследователей — редакторов научного журнала. Результаты не дают однозначного ответа на вопрос, какая из двух теорий верна. Так что, возможно, пересмотреть придется обе — или придумать третью.

Но какая бы теория ни одержала победу, обе сходятся в том, что сознание возникает в ответ на стимул, а не существует непрерывно. Интересно, что они согласуются с рассуждениями в романе Льва Толстого «Воскресение» о том, что человек не несет постоянных характеристик, определяющих его раз и навсегда: «Люди как реки: вода во всех одинакая и везде одна и та же, но каждая река бывает то узкая, то быстрая, то широкая, то тихая, то чистая, то холодная, то мутная, то теплая». Автор показывает, что если когда-то мы совершили добрый или злой поступок, это не делает нас навсегда добрыми и злыми: мы не сохраняем свои характеристики, а меняемся и ведем себя по-разному в разные моменты своей жизни. Получается, что наше «я», как и сознание в теориях IIT и GNWT, все время рождается заново, и складывается из опыта и выбора, который мы совершаем в каждую секунду жизни. Герой романа Толстого Дмитрий Нехлюдов, совершив злодеяния, осознает ответственность за свои поступки, но идея об изменчивости человека дает ему надежду на исправление ошибок.

Разговор об ответственности за свой выбор будет неполным, если не дать слово квантовым физикам, которые порой ставят под сомнение само существование свободы воли. Но могут ли вообще быть связаны квантовая физика и работа мозга? В экспериментах конца 1970-х — начала 1980-х годов нейробиолога Бенджамина Либета и ученых, позднее воспроизводивших его работы, испытуемым нужно было в произвольные моменты нажимать на кнопку. В это время ученые фиксировали активность мышц и мозга добровольцев. Результаты показали, что области мозга, отвечающие за движение, включаются за доли секунды до нажатия кнопки, но при этом между принятием решения и его осознанием проходит от 300 миллисекунд до 7 секунд. Другим экспериментаторам с помощью магнитно-резонансной томографии удавалось за 6 секунд до принятия испытуемым решения с точностью до 60% определить, каким оно будет.

На основании полученных результатов ученые заключили, что мозг делает выбор без сознательного участия человека, а наши действия предопределены законами, которые мы не контролируем. Возможно, прав был Спиноза, писавший, что нам только кажется, будто мы обладаем свободой воли. На самом деле ее нет — мы просто не осознаем истинные причины своих действий. Квантовые физики могли бы согласиться с философом: что, если решения, якобы принимаемые человеком, зависят от поведения частиц на квантовом уровне? Здесь вспоминается и квантовый детерминизм, где по состоянию системы в определенный момент времени можно предсказать ее состояние в прошлом и будущем.

Определять сознание и мысли как квантовые процессы предлагает, к примеру, теория Хамероффа — Пенроуза. Предполагается, что эти процессы, позволяющие нам обрабатывать информацию, хранить воспоминания, принимать решения, могут происходить в структурах внутри клеток мозга, микротрубочках. Но рассуждения о квантовой природе сознания вызывают немало вопросов: так, некоторые физики сомневаются, что такие процессы могут происходить при стандартной температуре и влажности человеческого организма, а также что квантовые системы могут существовать в клетках нашего мозга достаточно долго. В конечном счете концепции квантового сознания упираются в то, что ученые пока не знают, как доказать или опровергнуть их. Мешает проверить эту и подобные теории в том числе и эффект наблюдателя, согласно которому из-за несовершенства инструментов и других причин сам факт наблюдения или измерения искажает результат, меняя состояние квантовой системы.

Несмотря на точнейшие приборы, на умение проследить влияние разных генов, возможность засечь активность отдельных клеток и другие технологические достижения нейронаук, устройство человеческого сознания оказывается настолько сложным, что его не удается понять до конца. Неудивительно, что по прошествии 25 лет после пари спор у нейроученого Кристофа Коха выиграл философ Дэвид Чалмерс — и получил обещанный приз.

Сейчас представители разных областей науки в попытках понять природу сознания, как слепые старцы из притчи, ощупывают с разных сторон каждый свой кусочек слона. Ясно только одно: в одиночку ни психологам, ни нейроученым, ни физикам, ни философам всех загадок сознания не разгадать, поэтому они стараются проверить и дополнить результаты друг друга. Ну, а Кох и Чалмерс хотят продолжить свой спор еще на 25 лет, надеясь дожить до того времени, когда будут получены ответы на важные философские вопросы.