Академик-нейробиолог Константин Анохин рассказал о поисках разгадки природы сознания
"Мозг - не биологический орган"
Наталья Веденеева
6 июля 2021
"Сознание - это ветер, который дует по улицам города разума (если хотите - души). Без города, в степи, ветер не сформирует потоки". Это фраза академика РАН, нейробиолога Константина Анохина. Более 30 лет он посвятил исследованию механизмов памяти, а сегодня занят, пожалуй, одной из самых главных тайн человека - природой сознания, нашего "Я". Разгадывать ее стало возможным с помощью новых методов нейронауки, проникающих в ранее недоступные механизмы головного мозга. Из разговора с ним мы узнали:
- что наука о мозге уже способна заглядывать в глубины субъективного мира человека и распознавать некоторые из его мыслей;
- что ей остро нужны новые инструменты, отличающие сигналы от нейронов, кодирующих образы Холли Берри и матери Терезы;
- что с помощью этих инструментов можно добывать знания для создания будущих поколений искусственного интеллекта.
Справка: Константин Анохин - академик РАН, директор Института перспективных исследований мозга МГУ имени М. В. Ломоносова, заведующий лабораторией нейробиологии памяти НИИ нормальной физиологии имени П.К. Анохина.
Высокопорядковая сущность мозга
- Константин Владимирович, феномены сознания, души на протяжении многих веков пытались осмыслить самые выдающиеся умы человечества, но, по-моему, так и не пришли к какому-то единому выводу. Вы препарируете эти понятия по-своему, исключительно с нейробиологической точки зрения. Раскройте секрет: так что же, по-вашему, кроется за ними?
- Вначале о душе. Это понятие имеет два смысла. По религиозным представлениям это бессмертная нематериальная субстанция. В одних верованиях ею обладают все тела, даже неживые, в других - лишь живые, в-третьих - она есть только у животных, но не растений, в-четвертых, к которым относится христианство, она присуща лишь человеку и сохраняется вечно после его смерти. Наука не имеет дело с этой гипотезой. Но есть и второй смысл, заключенный в выражениях "душевная боль", "в ее душу закрались сомнения", в словах Цветаевой "душа от всего растет, больше же всего - от потерь". Понятие души в этом смысле созвучно человеческому "Я", личности человека. Ее познание и есть, на мой взгляд, самое важное, чем может обогатить человечество наука о мозге.
Теперь о мозге. Вы сказали, что мы изучаем его исключительно с нейробиологической точки зрения. Звучит очень научно. И тем не менее это принципиально неверно. Как это ни странно, но мозг не биологический орган. На сегодняшний день это может показаться абсолютно парадоксальным. Но именно через понимание этого утверждения лежит путь к познанию истинной природы души и сознания.
- Если мозг не биологический орган, тогда что же он?
- Это орган, который подчиняется биологическим законам, но его истинная суть состоит совсем не в этом. В действительности мозг - орган когнитивный, то есть психический. И это уже совсем иная форма организации материи, для ее понимания нужны принципы, которым не учат биолога. Сложность, однако, состоит в том, что им не учат и психолога. Современная нейронаука предлагает этому специалисту разместить закономерности психики и сознания в контейнере, в котором нет для этого адекватного места. В философии сознания эта ситуация получила название провала или разрыва в объяснении (explanatory gap).
Как можно преодолеть его? Мои искания последних лет посвящены решению именно этой задачи: устранить разрыв между психикой и мозгом, подняв принципы устройства и работы мозга с чисто анатомического и физиологического на принципиально более высокий, когнитивный уровень. Понятие когнитома, которое я ввел для охвата этой высокопорядковой сущности мозга, а также новая теория мозга - теория нейронных гиперсетей - целиком направлены на эту цель.
- Что может дать для решения этой задачи современная нейронаука?
- Достаточно многое. Например, с помощью карт магнитно-резонансной томографии (МРТ) она уже может идентифицировать определенные мысли, которые возникают в голове у человека. А с помощью тонких клеточных методов она способна выявлять и отдельные элементы, из которых состоит человеческое "Я".
- Речь идет о характере человека: добрый-злой, умный-неуч?
- Нет, это были бы слишком грубые деления, они мало что принесут для фундаментальной теории. Заглянув в клеточную жизнь мозга, можно выяснить гораздо более принципиальные вещи: что человек знает об окружающем мире, каким образом он его дробит и что именно из этого имеет для него большую ценность. Важнее для вас, к примеру, пудели или таксы, знакомо ли вам здание Сиднейской оперы и отличаете ли вы его от храма Лотоса в Нью-Дели, какую часть вашего внутреннего мира занимают Лев Толстой, Киану Ривз, Криштиану Роналду или Дональд Трамп?
Правда, необходимо сделать оговорку, что заглянуть в мозг человека можно только в редких клинических случаях, когда на мозге проводятся нейрохирургические операции. Однако вышеописанные закономерности можно исследовать и на животных. Если у вас есть собака или кошка, знайте: в их мозге тоже существуют нейроны, несущие образы хозяев, их собственный жизненный путь, их воспоминания. И мышь тоже имеет свой субъективный мир, наполненный ее уникальным опытом. И его тоже можно изучать.
- Ну так как же?!
- Мозг "знает" мир своими нервными клетками. Можно сказать и по-другому, уже без кавычек, - мы знаем мир своими нервными клетками. И понять, что мы знаем, можно, заглянув в этот нейронный мир.
Делается это разными способами. У животных мы сегодня чаще всего используем подходы нейрофотоники. Они позволяют проникнуть в глубины мозга с помощью тонких методов оптики, показывающей отдельные нервные клетки в те моменты, когда они, подсвеченные специальными сенсорами, испускают сигналы о том, что им значимо в мире. С этой целью в геном клеток мозга лабораторных мышей вводятся особые конструкты для синтеза белков, изменяющих свое свечение, когда нейрон дает разряд.
У человека для этих целей используются вживленные в мозг микроэлектроды. Как я уже сказал, такие исследования, например у некоторых больных с эпилепсией, проводятся в очень ограниченном количестве медицинских центров мира, и они приносят бесценные данные об устройстве нашего "Я", механизмах человеческого мышления и сознания.
- Почему для таких исследований мыслей не годится электроэнцефалограмма (ЭЭГ)?
- Она измеряет суммарную электрическую активность больших конгломератов нервных клеток, насчитывающих миллионы нейронов. Но в том-то и дело, что каждая нервная клетка - это своего рода индивидуальность. Если вы внимательно изучите клетки в коре головного мозга, где концентрируется большая часть наших знаний о мире, то увидите, что один нейрон может "знать" снега Килиманджаро, другой - Эйфелеву башню, третий - детскую куклу, с которой вы играли много лет назад, четвертый - пин-код вашей банковской карточки. Но когда вы регистрируете суммарную активность всех этих клеток при помощи ЭЭГ, вы получаете кашу из этих образов. Даже при помощи функциональной МРТ, разрешающая способность которой существенно выше ЭЭГ (она может получать сигнал всего от 1 кубического миллиметра мозговой ткани), ученые могут зарегистрировать усредненный голос около ста тысяч нейронов, атомов нашего "Я". И что нам скажет активность этой конгломерации, если один нейрон в ней, как было показано в одном из исследований, кодирует образ Холли Берри в ее роли женщины-кошки, а соседний с ним - образ матери Терезы? А рядом еще десятки тысяч других нейронов, несущих в своих сигналах знания о других образах мира человека. Если вы сложите этот гул стотысячной "толпы", вы потеряете всю необходимую информацию. Надо выслушивать каждого "члена общества" в отдельности.
- Как доказали, что отдельно взятая клетка связана с тем или иным образом?
- Пациенту, поступающему в клинику с диагнозом эпилепсия, требующим хирургического вмешательства, для определения зон эпилептического очага в мозг с диагностической целью иногда погружают микроэлектроды, отводящие электрическую активность. Эти электроды потом извлекают без каких-либо следов. Так вот, сам по себе такой электрод имеет диаметр около 1,5 мм и не позволяет снимать сигналы от отдельных клеток. Он "слушает" целую группу нейронов, выявляя их обобщенный сигнал. Но ученые, в частности профессор Фрайд из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе, в клинике которого проводится особенно много таких исследований, придумали хитрость. На кончик такого толстого электрода они добавили проходящий сквозь него пучок совсем тонких платиноиридиевых проводков, толщиной около 40 микрон. Один из таких проводков, будучи расположенным рядом с нервной клеткой, способен понимать, как она "разговаривает", улавливать ее сигналы, когда она детектирует что-то важное для нее. А далее ученые показывают пациенту на экране монитора разные изображения: видео, фотографии, иногда меняют визуальные образы на произнесенные слова - и смотрят, на какой стимул клетка, соединенная с тем или иным тончайшим электродом, "ответит" своей электрической активностью. То же самое проделывают и с другими клетками, выясняя, за какой образ отвечают они.
- Пациенты при этом находятся в сознании?
- Да, конечно. Они проводят с электродами в клинике одну-две недели, и их, как правило, развлекают занятия, позволяющие им самим узнать, что особенно близко нейронам их мозга.
Где живет ваш Мастер Йода?
- Как часто удается найти четкую взаимосвязь отдельно взятой клетки с образом из внешнего мира?
- Достаточно часто. Тут надо иметь в виду, что, по расчетам группы Фрайда, среди примерно миллиарда нейронов медиальной височной доли, сигналы которой чаще всего записываются по клиническим соображениям, на тот или иной конкретный стимул отвечает 0,2-1% клеток.
- То есть сразу множество?
- Да, если вы обнаружили клетку, откликающуюся, к примеру, на образ рыцаря-джедая из "Звездных войн" - Люка Скайокера или Мастера Йоды, то, скорее всего, в данном участке коры разбросано еще несколько миллионов таких же клеточных образов. Это нейроны, реагирующие на рыцаря-джедая в унисон той самой первой клетке. Таким образом, шанс найти одну из клеток такой нейронной группы весьма высок. Но распределены они в мозге каждого человека очень индивидуально.
- То есть ваш Йода может "жить" в вашем мозге не в тех нейронах, где мой?
- Именно так. Когда мы слышим: "Гамлет", в каждом из нас пробуждается активность своего набора из миллионов нейронов, отражающих, чем Гамлет является для нас, как и при каких обстоятельствах он становился частью нашего "Я". Для кого-то это - символ глубокой драмы, для кого-то - знакомые слова знаменитого монолога; для кого-то это монолог в исполнении Лоуренса Оливье, для кого-то - образ Гамлета в исполнении Иннокентия Смоктуновского; для кого-то - спектакль Юрия Любимова, знаменитый занавес на Таганке и Владимир Высоцкий; для кого-то - все это и еще многое другое, взятое вместе, а для кого-то - лишь слабые отголоски чего-то отдаленного, затрагивающего не миллионы, а может, лишь десятки тысяч клеток в мозге, отдавших свои нейроны совсем другим вещам.
- Вот мы и подобрались к тому, что можно назвать нашим особым "Я", непохожим ни на какие другие "Я"?
- Да, и это момент, когда за россыпью новых и часто удивительных фактов, которые приносят нам современные исследования мозга, необходимо увидеть "лес", создать охватывающую их теорию. "Когда мы говорим, что понимаем группу природных явлений, - писал Эйнштейн, - мы имеем в виду, что нашли конструктивную теорию, которая охватывает их". В этот лес, в эту теорию мозга, должны входить все феномены отдельно взятого "Я", его психики, субъективных ощущений. Теория должна предсказывать, например, почему наша личность неотделима от мозга и переселилась бы с ним в другое тело, возникни в человеческой практике такие операции. Разработанная мною теория нейронных гиперсетей - гиперсетевая теория мозга - попытка увидеть такую объединяющую нейроны конструкцию.
- Расскажите подробнее об этой теории.
- Ее подробное изложение заняло бы слишком много времени. Но вкратце теория описывает любой мозг как нейронную гиперсеть - сеть, узлами в которой в свою очередь являются нейронные подсети, группы из рассеянных по мозгу, но связанных совместной деятельностью нервных клеток. В теории они называются когнитивными группами, или, сокращенно, когами, потому что каждая из них представляет собой сформировавшуюся в ходе индивидуального развития неделимую частичку нашего знания, когнитивного опыта, атом нашего "Я". В таких когах хранятся не только все следы наших соотношений с миром внешним, но и с миром внутренним, другими когами в этой гиперсети. Линкерами (связными) между когами выступают нейроны, одновременно входящие и в одну, и в другую когнитивную группу. Это позволяет нашей гиперсети обладать огромной ассоциативностью. Мысль, возникшая как возбуждение одной когнитивной группы, через нейроны, общие с другими когами, может моментально создать богатейшую сеть ассоциаций, перекинувшись через эти связывающие нейроны на другие образы, понятия, идеи, действия в нашем уме.
И вот вся эта гигантская нейронная гиперсеть, или когнитом, и есть наше "Я", образно говоря, геном нашей личности. Только в отличие от генома, элементы в котором не прибавляются с индивидуальным опытом, наш когнитом постоянно растет. Вначале - огромными темпами - в детстве, но и далее, до самого последнего момента жизни, в нем формируются все новые узлы, коги, и новые связи, лиги, наполняющие нашу личность все новыми впечатлениями, знаниями, ассоциациями, воспоминаниями. Это еще одно описание нейронной гиперсети, когнитома - он представляет собой гигантский сгусток памяти. И через исследование механизмов того, как эта память образуется, устроена, хранится и используется, у нас появляется еще одно экспериментальное окно в мир нашего "Я".
Как геном запоминает важное.
- Пришло время вспомнить о вашей работе по изучению механизмов памяти.
- В середине 1980-х главным вопросом, который меня волновал, было то, как субъективный опыт закладывается в нашей памяти, хранится в ней десятилетиями, нередко всю жизнь. Ясно, что "запоминают" при этом нейроны. Но каким образом?
Как нервная клетка, которая впервые "увидела" в раннем детстве черепаху, способна хранить этот образ до поздней старости? Ведь все ее молекулы прошли за это время множество циклов обновления!
Было понятно, что запасать следы таких воздействий нейрон может с помощью генома, информационных макромолекул, хранящихся в клетке на протяжении всей жизни.
Но не было ясно, какие именно гены включаются в эти процессы, и я поставил перед собой задачу найти их. После многих проб и ошибок нам с коллегами из Института молекулярной генетики и Института молекулярной биологии Российской академии наук удалось обнаружить такие гены. В то время они были известны под именем клеточных протоонкогенов, а чуть позже получили используемое сейчас название "немедленных ранних генов". Эти гены включаются в нервных клетках взрослого мозга в момент, когда они запоминают новую информацию. Это сигнал геному: "То, что сейчас происходит, важно - запомни это!" Независимо от содержания информации, в одной клетке коры это будет форма игрушечного автомобиля, который так привлек внимание малыша, в другой - издаваемый им звук, в третьей - его движения. Но каждый раз, когда нервные клетки запоминают что-то новое - черепаху, игрушку или Мастера Йоду, - в их ядре вспыхивает этот сигнал, и в их геноме запускаются процессы, ведущие к откладыванию следа памяти. Прервите это тонкое звено, работу буквально одного гена, и мозг потеряет способность запоминать что-то на долгое время.
Это открытие привело далее ко многим важным выводам в молекулярной биологии памяти. Однако попутно у нас неожиданно появился новый инструмент, который позволил нам видеть процессы приобретения нового опыта на молекулярном уровне, регистрировать, как мозг животного, его отдельные клетки запоминают субъективную информацию. Если нервные клетки "удивились" чему-то, они это запомнят. Благодаря этому мы научились реконструировать клеточные карты следов памяти в целом мозге.
- Для этого нужно было визуализировать процесс. Как это удалось?
- Мы нашли способы, как в мозге животного можно увидеть нейроны, отвечающие за запоминание того или иного опыта. Для этого мы использовали специальные молекулярные зонды, выявляющие активацию непосредственных ранних генов в нервных клетках. По вспышке их активности во время приобретения нового опыта можно как бы "сфотографировать" след памяти в мозге, зафиксировать такую клеточную сеть. Но дальше надо было научиться еще и "проявлять" такие изображения. Для этого мы разработали специальные химические составы, позволяющие сделать опущенный в них мозг животного абсолютно прозрачным, сохраняя при этом "свечение" нейронов, помеченных молекулярным зондом. И наконец, вместе с коллегами-физиками мы создали новые приборы для микроскопии такого прозрачного мозга, позволившие в конечном счете получить трехмерную картину клеточного следа памяти.
Измерить знания в битах.
- Изучая, как формируется естественный разум, можно, наверное, извлечь уроки для создания разума искусственного?
- Да, такой путь всегда питал развитие искусственного интеллекта. В настоящее время большим коллективом ученых из МГУ, Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН и Института вычислительной математики им. Г.И.Марчука РАН мы работаем над проектом "Мозг и информация: от естественного интеллекта к искусственному". Его цель - создать новые методы и подходы, которые позволят понять, что является в мозге фундаментальным элементом, одним битом когнитивной информации, и научиться измерять эти ког-биты. Зная это, можно будет эмпирически измерить, сколько бит новой информации получает мозг животного в тот или иной момент, и перевести это субъективное знание в количественный эквивалент.
- И что же, по-вашему, может являться таким битом?
- Каждая нервная клетка бодрствующего мозга, которая в данный момент воспринимает образ новой совокупности сигналов от других нейронов мозга, кодирует новый элемент информации - это и есть мельчайший квант знания, который получает мозг. Если мы посчитаем их в штуках, нейронах, откликнувшихся геномным ответом на данное событие с организмом, то узнаем, сколько бит когнитивной информации мозг получил за определенный интервал времени.
- Предположим, с животным это получится при помощи прозрачного мозга. Но с человеком этот фокус не пройдет. Как же посчитать его новые знания, чтобы потом сделать искусственный интеллект по его образу и подобию? Или первый искусственный разум будет копией интеллекта мыши?
- Чтобы сделать следующий фундаментальный шаг в развитии искусственного интеллекта, вовсе не нужно копировать интеллект человека. Нам нужны прежде всего универсальные принципы, по которым любой мозг приобретает свои индивидуальные знания. Пока что ни одна из самых продвинутых систем искусственного интеллекта такими способностями не обладает, даже на уровне мыши.
- Итак, вы сегодня можете исследовать клеточные основы разума и памяти. А что насчет сознания?
- Это следующий и гораздо более сложный шаг.
Определим вначале эти понятия в терминах гиперсетевой теории мозга. Сознание и разум в ней - разные вещи. Разум, чему в английском соответствует слово mind, то есть наша личность, наше "Я", - это структура, особая высокоуровневая организация мозга. Она сохраняется даже в тот момент, когда вы засыпаете или другим образом теряете сознание. Эта нейронная гиперсеть отпечатана в мозге. Если бы такой структуры не было, то и ментальным процессам протекать было бы негде. Сознание - один из таких ментальных процессов. Оно - ветер, который дует по улицам города разума. Без города, в степи, ветер не сформирует свои потоки.
- Тогда интересно, что происходит с нашим городом, нашим "Я" после смерти?
- Теория говорит, что когда город разрушается, мы исчезаем. Если бы оказалось обратное, теорию ждало бы большое потрясение, требующее ее коренного пересмотра. Но с учетом того, что сегодня знает о мозге наука, не стоит строить планы на загробную жизнь.
- Не так давно вы участвовали в организации встречи российских ученых и философов с Далай-ламой. Начато большое исследование медитативных состояний тибетских монахов при помощи современных нейрофизиологических методов. Какую ценность оно для вас представляет?
-Во-первых, Далай-лама сам пригласил на эту встречу российских ученых, хотя диалог по проблемам мозга и сознания с западными учеными он ведет уже более 30 лет. Однако он хотел узнать, что об этом думают ученые из России, а мне в свою очередь хотелось рассказать ему о подходах к этой проблеме, разработанных у нас в стране и малоизвестных на Востоке и Западе. Во-вторых, Далай-лама обращал наше внимание на то, что один из трех ликов буддизма - это наука о разуме и сознании. Наука самонаблюдения, накопившая за два с половиной тысячелетия исследования этих феноменов, - огромный материал. Если вы посвятили свою жизнь изучению какого-то предмета, и вам вдруг открывается хранилище с неизвестными доселе материалами по вашему предмету, вы бы отказались от приглашения познакомиться с ним? Наконец, в-третьих, буддизм имеет дело с некоторыми загадочными с точки зрения современной науки феноменами. Если они действительно существуют, то вступают в противоречие со многими из наших текущих научных представлений, в том числе и разрабатываемой мною теорией. А как писал Макс Планк, "для настоящего теоретика ничего не может быть интереснее, чем такой факт, который находится в прямом противоречии с общепринятой теорией". Лично я думаю, что никакого разрушения научной картины мира от такой встречи не произойдет. Но тем не менее честному уму приличествует не уклоняться от таких рисков, а встречать их с открытым забралом (все используемые в статье материалы - из открытых источников).