У нас с Дойлом нет почти ничего общего. Его вечные раздумья может иногда прервать лишь бокал мартини, и то если вы будете настаивать. К тому же он спортсмен. В середине девяностых он дважды установил мировой рекорд по академической гребле в возрастной группе 40–45 лет, но затем потерял первенство, он победил в чемпионате мира по велоспорту, завоевал две золотые медали (по гребле), занял четвертое место в соревнованиях по велоспорту и шестое – по триатлону на Всемирных играх ветеранов спорта в Австралии, в Брисбене. Он занимается сложнейшими математическими проблемами, однако говорит очень простым языком – необходимое условие для беседы со мной. К моему великому удивлению, когда я однажды спросил его, как ему удается столь ясно излагать свои мысли, он невозмутимо ответил: “Просто когда-то я увлекался актерской игрой”.
Профессор Дойл – специалист по системам управления и динамическим системам. Эта область науки требует сложного математического аппарата для решения самых мудреных и интересных технических задач, от анализа турбулентности до проблем интернета. Как настоящий инженер, Дойл серьезно занимается архитектурой систем. Любых систем. Как они организованы, чтобы выполнять свои функции? Существует ли какая-то универсальная архитектура, общая для всех систем обработки информации – для мозга, бактерий, клеток и корпоративных структур? Рукотворные системы, разумеется, имеют свой дизайн и архитектуру. Возможно, в природе силы естественного отбора создали организмы с похожей логикой организации. Возможно, если общие функции обеспечиваются взаимодействием частей, то все такие системы должны иметь сходную архитектуру. В своих исследованиях Дойл исходил из предположения об ошибочности идеи эмерджентности, он считает ее мутной и нелепой. Как инженер, он стремился анализировать уровни объяснения с практических позиций, с точки зрения планирования и строительства какого-либо реального объекта. Часто ошибочно кажется, что построенные и работающие системы должны обладать эмерджентными свойствами, однако рассматривать такие системы следует с учетом их взаимодействующих частей.
Дойл ставит вопрос в терминах компьютерных наук: что потрясающие системы, созданные нами для обработки информации, позволяют нам узнать и как эти знания помогают нам понять хитрую механику мозговой деятельности? В информатике принято говорить о “многоуровневой архитектуре” систем, строящихся одна на другой, когда каждый уровень функционирования служит платформой для следующего. В компьютерном мире распространена семиуровневая конфигурация. Высший уровень – это приложение или пользовательская программа, вроде Фейсбука, а низший – собственно оборудование, например смартфон. Каждый уровень, хотя и задействует другие, функционирует практически независимо от них. Загвоздка в том, как разобраться в этой схеме. Можно ли применить инженерный подход к изучению проблем нейронауки? Я думаю, можно.
Многоуровневая архитектура – одна из разновидностей архитектуры модульной. Каждый слой можно рассматривать как модуль. И как я уже говорил, множество фактов свидетельствует о том, что в процессе естественного отбора преимущество получила модульная система, поскольку она позволяет каждому отдельному модулю меняться и адаптироваться, не создавая помех прочим модулям. А многоуровневая конфигурация – это просто частный случай модульной, когда уровни (модули) выстроены в линию. Переходы совершаются от первого уровня ко второму, затем к третьему и так далее. Мы не знаем, действительно ли мозг использует такую схему. Быть может, в нем реализуется иерархическая модульная структура – с множеством модулей на каждом иерархическом уровне (например, на уровнях нейронов, нервных цепей, долей и других). Многоуровневая архитектура предполагает движение только в одном направлении – вверх или вниз по ступеням, тогда как иерархическая модульная допускает сложные сети взаимодействий между модулями в пределах одного уровня или между разными уровнями.
Если вы вскроете корпус механических часов и посмотрите, что там внутри, то увидите множество соединенных меж собой колесиков, шестеренок и пружинок. Все они безостановочно движутся, обеспечивая работу хронометра. Хронометру неведомо, что он делает, и его части ничего не знают о своих функциях. Точно так же отдельные нейроны мозга, безотказно обеспечивающие нас личным сознательным опытом, не знают, чем занимаются. Если вы начнете разбираться в устройстве разных частей часового механизма и попытаетесь просто проследить связь одного колесика с пружинкой, а пружинки с другим колесиком и так далее, то быстро поймете, что надо подойти к вопросу как-то иначе. Привычная логическая цепочка “А соединяется с Б, а Б с В” заведет вас в тупик.
А теперь рассмотрите часовой механизм с точки зрения многоуровневой системы – уровней будет пять. Сразу становится очевидной архитектура этой системы, как функционируют все механические часы. Выделяются уровни энергии, распределения, спускового механизма, управления и индикатора времени. Во-первых, часам для работы нужна энергия, поэтому надо завести пружину. Накопленная энергия будет постепенно расходоваться. Во-вторых, колесики распределяют энергию в часах. В-третьих, спусковой механизм не позволяет растратить всю энергию в один присест. В-четвертых, регулятор управляет работой спускового механизма. И наконец, все это вместе выходит на пятый уровень – на котором и показывается время. Обратите внимание, что при переходе с одного уровня на другой ни один из них никак не предсказывает функциональное значение следующего. Скажем, уровень энергии не имеет отношения к уровню спускового механизма.
Теперь надо отметить, что все уровни гибкие и в большой степени независимые. Ничего не стоит ввести новый уровень энергии – если конфигурация в принципе позволит, можно заменить пружину гирями или батарейками с двигателем. Но если поменять всю конфигурацию – скажем, перейти на полупроводниковую схему, – прежние узлы по большей части станут ненужными. При новой конфигурации вы по-прежнему сможете менять источники энергии (и даже воспользоваться солнечной), но они будут уже не те, что для механических часов. Пружина, как и гири, отпадет. Что касается уровня индикатора времени, существует бесчисленное множество пользовательских интерфейсов, и все они независимы и взаимозаменяемы – современные часы внешне даже могут быть оформлены под старинные. Так что многоуровневый подход позволяет увидеть, что за внешним разнообразием может скрываться общая начинка или, иначе говоря, что общее поведение может быть реализовано различными способами. “Без уровней вы ничего не узнаете и не поймете”, – говорит Дойл. Опять же без организующей идеи об уровнях очень трудно смастерить обычные механические часы или объяснить, как они работают. Естественный отбор делал с нашим мозгом то же, что делал часовщик, когда подбирал детали, их оптимальный размер, систему рычажков, шестеренки и пружинки и так далее.
В таком подходе есть один сложный момент. С одной стороны, обобщение представляется еще одним уровнем, которым, следовательно, можно воспользоваться. С другой – есть мнение, что в обобщении ничего загадочного нет, оно просто позволяет манипулировать всеми частями особым образом. Недавно нейробиолог Джулио Тонони с коллегами в своей сенсационной статье количественно описал, как уровни могут взаимодействовать и как макроуровни действительно могут включаться в причинно-следственную командную цепочку, что пятьдесят лет назад и предположил Сперри[239]. Ученые по-прежнему бьются над вопросом об отличии “замещения” от “следования”, если разница вообще есть.
Как я уже сказал, пятьдесят лет назад нейробиологи мыслили только в категориях простых линейных связей: А создает условия для Б, так что Б – это детальное описание А. Прекрасные были времена для редукционизма, да и сейчас большинство нейробиологов руководствуются в научной работе теми же принципами. С таким подходом мы тщетно пытались понять, как же с помощью всесторонних исследований мозга постичь разум. Мы без конца проводили и объясняли линейные эксперименты, уходя от более важного вопроса – как это работает все вместе. Кое-кто принимал во внимание результаты исследований таких ученых, как Дойл, подсказывавшие, что о разуме следует думать в терминах объединенной сети уровней, а не линейных связей. Однако подобные идеи пробивались с трудом. К счастью, общие настроения в научных кругах начали меняться. Специалисты по клеточной и молекулярной биологии осознали, что объект их исследований нельзя изучать с позиций линейных связей, надо рассматривать множество взаимодействий в динамической системе.
На обложке журнала Time от 28 марта 2001 года изображен противоопухолевый препарат “Гливек”, заголовок гласит: “Новое оружие против рака. Бьет прямо в цель”[240]. В 2001 году среди онкобиологов было распространено мнение, что рак вызывается мутантным белком, из-за которого клетки начинают быстро расти и при этом не гибнут. Напрашивалась мысль, что, если подавить этот белок, удастся победить рак. Препарат “Гливек” ингибировал мутантный белок (Bcr-Abl), который обнаруживался только при некоторых видах хронического миелоидного лейкоза и при гастроинтестинальных стромальных опухолях. У пациентов с этими видами рака “Гливек” блокировал действие мутантного белка, излечивая от болезни. К сожалению, оказалось, что такой эффект это лекарство оказывает только при двух видах рака.
Довольно быстро исследователи начали выявлять при онкологии и другие измененные белки и создавать лекарства, блокирующие их действие. Так, при многих разновидностях меланомы быстрая пролиферация клеток вкупе с защитой от гибели вызывается мутацией в гене