Вообще говоря, описанное относится только к «медленному сну» – наиболее универсальному типу сна, который, судя по всему, встречается у всех животных, обладающих нервной системой, включая даже медуз. Такой сон – это плата за способность мозга запоминать информацию. У млекопитающих же есть еще один тип сна, «быстрый», который обычно перемежается с «медленным» несколько раз за ночь.
Эта фаза сна формально называется фазой «быстрых движений глаз» (rapid eye movements, или REM). С точки зрения того, что при этом происходит в мозге, «быстрый сон» больше похож на бодрствование, чем на обычный, «медленный» сон. Именно на этой стадии мы видим сны.
Фактически, REM-сон – это симуляция бодрствования с отключенными органами чувств и мышцами. И сон в целом, и сновидения в частности помогают запоминать, но по-разному. Если функция медленного сна состоит в предотвращении перенасыщения мозга информацией, то функция быстрого сна – в безопасном офлайн-тестировании полученных знаний22. В «виртуальном режиме» можно обнаружить и опробовать новые сочетания и обобщения информации независимо от их текущей значимости и безопасности. Во сне можно сколько угодно раз упасть в пропасть или быть съеденным хищником – наяву же такое срабатывает максимум однажды.
Самая красноречивая иллюстрация эволюционного происхождения REM-сна – это собственно быстрые движения глаз. Дело не в том, что человеку во сне зачем-то нужно двигать глазами. Дело в том, что человек во сне делает все то же самое, что он делает во время бодрствования, просто большинство сигналов, которые он при этом посылает в мышцы, активно подавляются23. В патологических ситуациях, когда это подавление плохо работает, спящие люди ходят и разговаривают, а кошки охотятся на мнимых мышей. В норме мы этого не делаем, потому что эволюция парализует нам мышцы на время сновидения. Смысл такого паралича очевиден: животное-лунатик будет легкой добычей даже для самого ленивого хищника. Сон и без того крайне опасное занятие, поэтому единственный шанс его пережить – это лежать тихо и без движения. В нашем теле есть только одна группа мышц, которая своими движениями нас никак не выдает. Это мышцы глаз. Их эволюция просто оставляет в покое, точнее наоборот – в движении.
Итак, мозг постоянно меняется под влиянием того, что он делает. Удачно соединенные нейроны подавляют конкурирующие сигналы и возвышаются за их счет. Начав с более или менее случайных комбинаций в раннем детстве, нейроны с годами оптимизируют свою синаптическую конфигурацию, «обрезая» неактивные, ненужные или неправильные контакты. Более тонкая настройка этой конфигурации происходит ежедневно, когда одни синапсы за время бодрствования усиливаются, а другие только угасают во время сна. Таким образом, в мозге постепенно цементируются предпочтительные каналы мышления, по которым протекают сигналы от глаз, ушей или кожи. Со временем мозгу уже не нужно разворачивать по каждому поводу борьбу конкурирующих интерпретаций: ему достаточно мельчайшего сигнала о чем-то знакомом, чтобы привести в действие адекватное обобщение. Первые ноты знакомой песни мгновенно превращаются в мелодию, тогда как песни из чужих культур зачастую кажутся набором звуков. Выражения лиц прохожих не производят на нас впечатления, тогда как в лицах близких мы можем прочитать целый роман о дрогнувшей брови. Пятна Роршаха из абстрактной чернильной размазни превращаются в экзотических птиц или лужи крови – в зависимости от того, какой канал мышления вам привычнее.
Этот процесс оптимизации мозга отдаленно напоминает формирование рек. Вода, собирающаяся зимой в горах, весной тает и стекает вниз. Изначально ее потоки случайны – вода не стремится попасть в море кратчайшим путем, а просто следует гравитации. Но пролившись в определенном направлении, вода чуть-чуть подтачивает камень, по которому течет. В следующем году вода потечет по этим подточенным каналам уже с большей вероятностью. Чем чаще она течет по одному и тому же каналу, тем сильнее она его точит и тем более выраженным становится русло реки. Мозг подобен системе рек и ручейков, по которым, точа свой нервный камень, течет сенсорная информация. Есть в нем и полноводные потоки с гранитными берегами, есть и маленькие, мимолетные струи, чье русло все время меняется.
Мозг постоянно запоминает прошлое. Прошлое позволяет ему интерпретировать настоящее и одновременно предсказывать будущее. Как мы увидим, эти две его способности – интерпретация настоящего и предсказание будущего – на самом деле составляют единое целое.
В предсказании будущего как таковом нет никакой научной фантастики. Например, мобильные телефоны предсказывают будущее, если вводить в них текст. Если я введу в телефон «мор», то текстовый редактор предложит слово «море», предсказывая тем самым мое поведение. Если я пойду против его предсказания и введу вместо буквы Е букву О, то телефон изменит свое предсказание и предложит слово «мороз», что действительно адекватно отражает мое намерение.
Как телефон это делает? Во-первых, в него заложен список изначальных вероятностей набора, обобщенных разработчиками из тысяч писем и СМС-сообщений других пользователей. Во-вторых, телефон обновляет эти вероятности на основании того, что вы в него вводите в данный момент. Если я уже ввел «моро», то вероятность того, что я имею в виду «море», резко падает, поэтому слово «мороз» становится вероятнее. В-третьих, телефон постепенно приспосабливается к вашему поведению, то есть запоминает свой предыдущий опыт. Если вы ненавидите море, но обожаете Мордор, то рано или поздно телефон научится реагировать на сочетание букв «мор» соответствующим предсказанием.
В результате между телефоном и человеком устанавливается двусторонний канал связи. Человек вводит текст в телефон – это первый поток информации. Телефон предлагает варианты на основании того, что он помнит, – это второй поток информации, направленный в противоположную сторону.
Если вводить текст не в телефон, а в интернет-поисковик, то предсказания будут сложнее и будут более очевидно зависеть от предыстории. В моем случае один поисковик, которым я не пользуюсь, считает, что «мор» означает «морской бой онлайн», а другой, которым я пользуюсь, мгновенно бросается на «корейскую морковку», которую я недавно готовил. Впрочем, стоит мне ввести «мороз», как оба поисковика сходятся на «морозко», а при вводе «мороз и» выдают целое предложение: «Мороз и солнце день чудесный».
Такое угадывание целых предложений и идей из отдельных букв можно представить себе как те же самые два потока информации, только двигающиеся между несколькими уровнями обобщения. На первом, нижнем, уровне – сигналы от клавиатуры. На втором уровне – угадывание слов из букв. На третьем уровне – угадывание предложений из слов. Эти уровни, в сущности, работают одинаково, отличается только степень абстракции. С точки зрения третьего уровня слова – то же самое, что буквы с точки зрения второго уровня. «Словесный» уровень пытается угадать, какие буквы в него поступят в следующее мгновение, и выдвигает наиболее вероятную гипотезу. Пока он ждет от «буквенного» уровня подтверждения или опровержения этой гипотезы, вышестоящий «предложенческий» уровень не ждет, а принимает гипотезу за факт и пытается на этом основании предсказать, какие ему дальше будут поступать слова. Это позволяет нескольким уровням угадывания работать одновременно.
Если бы у поисковика была задача не просто предложить вам правильную фразу для поиска, а понять долгосрочные закономерности вашего поведения, то над третьим уровнем можно было бы представить и четвертый, скрытый из вашей поисковой строки, и пятый, и еще сколько угодно уровней абстракции, каждый из которых предсказывал бы не просто паттерны вводимых букв, а паттерны паттернов, паттерны паттернов паттернов и так далее, вплоть до предсказания того, что и когда вам может захотеться, кто вы такой и сколько у вас денег. Поисковики, конечно же, ничем подобным не занимаются, а если бы и занимались, уж точно не стали бы этой информацией торговать – это было бы как продавать видеозаписи вашей памяти.
Впрочем, бог с ними, поисковиками и телефонами. В нашем мозге есть специальный отдел, чья функция состоит ровно в таком многоуровневом предсказании будущего. Одновременное, обновляемое, обучаемое многоуровневое угадывание, или иерархическое предсказание, – это главный принцип работы коры больших полушарий.
КСТАТИ
Геометрическая фигура, состоящая из множества подобных уровней, называется фракталом, поэтому многоуровневость мозга еще называют фрактальностью. Геометрическую теорию фракталов разработал культовый математик второй половины XX в. по имени Бенуа Б. Мандельброт. Про него есть известная шутка. Вопрос: что значит «Б.» в «Бенуа Б. Мандельброт»? Ответ: «Бенуа Б. Мандельброт».
У самых простых хордовых, ланцетника например, мозг представляет собой полую трубку, замкнутую с обоих концов. У рыб в передней части этой трубки заметны несколько вздутий, получивших название переднего, среднего и заднего мозга. Остальная трубка в русском языке называется спинным мозгом, а в английском «спинным шнуром», spinal cord. Как уже упоминалось, что называть мозгом – вопрос традиции. Вздутия на поверхности трубки симметричны, поэтому передний мозг, замкнутое окончание нервной системы, выглядит как два пузыря – слева и справа. Этим пузырям, или полушариям мозга, соответствуют два глаза, две ноздри, два уха и так далее.
Эту общую структуру мозга можно проследить по анатомическим или молекулярным признакам у всех позвоночных. И у рыб, и у лягушек, и у черепах, и у людей есть и задний, и средний, и передний мозг. Но у млекопитающих что-то происходит с передним. В первый месяц внутриутробного развития наш мозг во всем напоминает рыбий. Но к концу второго месяца у человека вздутия на конце трубки увеличиваются до таких размеров, что прячут под собой все остальное. Они продолжают разрастаться и на каком-то этапе, буквально перестав влезать в череп, начинают вжиматься сами в себя. На них образуются складки и извилины. Трубка превращается в две огромные дольки грецкого ореха, с которых свисает тонкий шнур.