Я нашел кабинет Мэтелла в верхнем углу старого здания университетского кампуса Вилланова, преодолев четыре пролета мраморных ступеней с закругленными углами, отполированными временем. Занятия недавно прекратились в связи с началом летних каникул, и коридоры, застеленные линолеумом, полностью опустели. В объятиях тишины все казалось непривычно огромным, и мне подумалось, что я снова нахожусь в начальной школе, а может быть, забрался еще дальше в прошлое и теперь пробираюсь наугад сквозь закоулки памяти. За левым поворотом вестибюль сузился и внезапно оборвался, оставив позади еще несколько дверей. Я обратился за помощью к прохожим и узнал, что дверь, которую я принял за выход, на самом деле вела в тупик, обернувшийся лабиринтом офисных и лабораторных помещений.
Вскоре появился Мэтелл в футболке, шортах и походных сникерах и энергично меня поприветствовал. Он как раз направлялся в секцию лаборатории, которую называл крысиной комнатой, предусмотрительно надев пару голубых эластичных перчаток. Вследствие многолетнего ухода за крысами кожа его рук приобрела склонность к аллергическим реакциям, а студент выпускного курса, обычно присматривающий за крысами, в тот день отсутствовал. Мэтелл говорил быстро, но приветливо, и чем дольше он говорил, тем шире раскрывались его глаза. Как-то он заметил: «Наука сочиняет разные истории, а потом проверяет, насколько они убедительны».
Первые сто лет исследования восприятия времени сосредоточивались преимущественно на когнитивных аспектах. Ученых интересовало, какова реакция различных индивидуумов – людей и животных – на предъявление раздражителя (яркой вспышки, разгневанных лиц или скульптур Дега) и при каких обстоятельствах реакция может измениться (употребление кокаина, падение с тридцатиметровой высоты или езда на велосипеде в резервуаре с водой). При этом все больше исследователей заботит, каким образом и в каких участках мозга осуществляются вышеупомянутые реакции. Путем введения микротаргетных препаратов можно отключить или активировать отдельные кластеры нейронов, выясняя, какую роль они играют в восприятии времени. Средства визуализации мозговых структур показывают, какие группы нейронов задействованы при выполнении задач, требующих расчета времени. Психология восприятия времени дала импульс развитию нейронауки о времени. Предпринимая дерзкие попытки забраться в наши головы, Мэтелл и другие исследователи покушаются на главную загадку человеческой природы: как трехфунтовая масса нервных клеток ухитряется генерировать воспоминания, мысли и чувства, которые мы ассоциируем с собственной личностью? Как из плоти создается программное обеспечение? Один исследователь сказал мне, что каждый из нас в некотором отношении нейробиолог, так как нам всем почти ничего не известно о том, как человеческий мозг порождает человеческое сознание.
«Мозг функционирует подобно корпорации, – сообщил Мэтелл. – Множество звеньев одной цепи выполняют определенные задачи в рамках своей компетенции; возможно, присутствует некоторая доля директивного управления. Каждая ячейка занята своим делом; в ее состав входят отдельные единицы, – ученый говорил о нейронах, – и для каждой из них находится работа. Я часто провожу аналогии между нейронами и людьми. И те и другие представляют собой сборные агрегаты по обработке информации в миниатюре. В каком-то смысле нейроны функционируют как автоматы. Главный вопрос состоит в том, как физиологические системы, такие как мозги, состоящие из нейронов, создают психологические феномены, например сознание? Нам приятно думать, будто мы наделены свободной волей, но я не думаю, что можно всерьез верить в это и оставаться нейробиологом, иначе получается, будто наше поведение определяется не мозгом, а какими-то сторонними факторами».
Человеческий мозг представляет собой сложное устройство, вмещающее сотни миллиардов нейронов. Нейрон напоминает провод под напряжением: он передает информацию в виде электрохимических импульсов от одного конца отростка к другому, причем, как правило, только в одном направлении. Некоторые нейроны довольно крупные – взять, к примеру, седалищный нерв, который проходит от основания позвоночника к большим пальцам ног и достигает 90 сантиметров в длину. Большинство нервных клеток имеют микроскопические размеры и вдобавок исключительно тонки и тесно примыкают друг к другу; в отрезке, равном по длине заключительному фрагменту этого предложения, может разместиться от десяти до пятидесяти нейронов. В структуре нейрона выделяют конец, предназначенный для приема импульсов и состоящий из ветвящихся дендритов, которые выглядят как корни дерева под микроскопом; продолговатое тело нервной клетки, или аксон, вдоль которого распространяется сигнал; и разветвленное нервное окончание, передающее нервный импульс следующему нейрону. Типовой нейрон принимает входящие данные от десятка тысяч нервных клеток восходящего направления, передавая их меньшему количеству нейронов нисходящих нервных путей. Обычно нейроны не соприкасаются друг с другом напрямую; сообщение нервных клеток осуществляется через крошечные щели, которые называются синапсами. Возбуждение нервных окончаний входящим сигналом инициирует выработку нейромедиаторов, которые пересекают синаптическую щель и прикрепляются к дендритам близлежащих нейронов подобно тому, как ключи подходят к замочным скважинам из одного набора. Прием одиночного импульса исключительной силы побуждает нейрон к генерации собственного сигнала, который также передается в нисходящем направлении. Нейрон может находиться в двух состояниях – возбужденном и невозбужденном. Потенциал действия возбужденного нейрона всегда остается неизменным; изменяется только частота передачи. Сильные раздражители, к примеру яркая световая вспышка, индуцируют более высокую скорость передачи импульсов, чем слабые раздражители, следовательно, нейроны, приведенные в возбужденное состояние сильными раздражителями, чаще выступают в роли источников возбуждения для нисходящих нейронов. Так что даже в масштабе клеток время, измеряемое количеством импульсов, принятых за единицу времени, по-прежнему играет важную роль.
Иногда нейробиологи называют нейроны детекторами совпадений. Нейрон постоянно получает малые толики возбуждающих импульсов – исходные параметры входящих сигналов от вышерасположенных нейронов. Однако нервная клетка готова прийти в возбужденное состояние только после того, как капля превратится в поток, то есть приняв большое количество импульсов одновременно. Тут вам, вероятно, захочется уточнить, что значит «одновременно» в данном масштабе; что такое «сейчас» в представлении нейрона? Клетка мозга функционирует на манер водяных часов. Нейромедиаторы восходящих синапсов прикрепляются к мембране нейрона, изменяя конформацию канального белка и впуская ионы в цитоплазму. Обычно внутрь клетки попадают ионы калия, несущие слабый положительный заряд, в результате чего начинается процесс деполяризации нейрона. Когда уровень деполяризации достигнет критической отметки, нейрон приходит в возбужденное состояние; чем быстрее поступают входящие сигналы, тем быстрее поднимается волна ионов. Однако в водяных часах есть дыры: ионы просачиваются через поры в клеточных мембранах, что увеличивает число ионов, одновременно выталкиваемых наружу клеточным насосом. «Процесс возбуждения легко моделируется с помощью надтреснутого винного бокала на тонкой ножке и кошерного вина марки Manischewitz, – сообщил мне один ученый. – Если быстро влить в бокал достаточное количество вина, ножка треснет, а в противном случае вы отделаетесь парой капель на скатерти».
Тем не менее «сейчас» длится довольно долго, если судить по времени, за которое подступающая волна ионов обгоняет наличествующий поток. Динамичное временное окно в значительной степени контролируется клеткой. Ионные насосы нейронов могут работать быстрее или медленнее, а число ионных каналов на клеточной мембране определяется ДНК нейрона. Кроме того, нейрон дифференцирует по приоритетности нервные импульсы, поступающие по восходящим путям: сигнал, поступающий от отдаленных нейронов, по дендритам, затухает быстрее во время прохождения по аксону; по этой причине их вклад в возбуждение, вероятно, менее значим. «Нейроны представляются мне одиночными вычислительными агрегатами, – пояснил Мэтелл. – В процессе вычислений они связывают данные, выраженные в потенциалах действия, во времени и пространстве». Далее Мэттел рассказал, что он задает своим студентам вопрос, сформулированный в форме аналогии: как вы принимаете решение, как провести субботний вечер – пойти на вечеринку в студенческом общежитии или остаться дома и углубиться в занятия? «Вы ранжируете свои источники по степени авторитетности, – сказал Мэтелл. – Если посоветоваться с мамой, она скажет вам одно; если обратиться за советом к друзьям, они скажут другое. К тому же могут найтись и другие соображения: к примеру, ваши друзья считают, что на вечеринку следует пойти, но те вечеринки, на которых вы уже побывали, последовав их совету, вас изрядно разочаровали, и потому их мнение для вас мало что значит».
Так или иначе, «сейчас» для нейрона не равно нулю. Как и всегда, расчет затрат времени требует времени: прохождение нейромедиаторов через синаптическую щель от одного нейрона к другому занимает пятьдесят микросекунд (двадцатая доля миллисекунды или одна двадцатитысячная секунды); на деполяризацию нейрона в преддверии возбуждения уходит около двадцати миллисекунд; еще примерно десять миллисекунд затрачивается на прохождение импульса по всей длине клетки. Нейрон может возбуждаться от десяти до двадцати раз за секунду; когда группы нервных клеток периодически возбуждаются в унисон на регулярной основе, проводимые ими импульсы регистрируются в виде электромагнитных колебаний. «Основные трудности в понимании механизма восприятия времени связаны с тем, что протекающие в мозге нервные процессы осуществляются в масштабах миллисекунд», – признался Мэтелл. Как получается, что одна и та же система межнейронных связей наделяет нас способностью ориентироваться в потоке секунд, минут и часов? Одна из ранних теорий сосредоточивалась на деятельности мозжечка, фактически приравнивая последний к электросхеме с разветвленными сетями и линиями задержки, которые могут замедлять прохождение сигналов. В рамках подобной модели можно объяснить некоторые аспекты поведения, к примеру способность определять направление звуковой волны. (Мозг получает сведения о локализации звука, когда звуковой импульс достигает одного уха ч